JP6622343B2 - Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

電力半導体デバイスは、高い最大電流密度と、高い電圧阻止能力とを兼ね備える。一般的な電力半導体デバイスは、負荷電流が半導体ダイの2つの向かい合った面の間を流れるように、垂直構造を有する。垂直デバイスでは、電力半導体デバイスの最大電流定格は、その面積に比例し、及び電圧阻止能力は、半導体ダイにおけるドリフト領域の高さ又は垂直延在部と正の相関がある。IGFET(絶縁ゲート電界効果トランジスタ)及びIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)などの電力半導体スイッチでは、ゲート誘電体によって本体領域に容量結合されたゲート電極が、本体領域を流れる負荷電流を制御する。SiCのような高い固有の破壊電界強度を持つ半導体の場合に、高い阻止電圧が、ドリフト領域の特性の代わりに、ゲート誘電体の誘電強度が電力半導体デバイスの電圧阻止能力を決定し得るように、ゲート誘電体付近で強い電界を生じさせる。   Power semiconductor devices combine a high maximum current density with a high voltage blocking capability. A typical power semiconductor device has a vertical structure so that the load current flows between two opposing faces of the semiconductor die. For vertical devices, the maximum current rating of the power semiconductor device is proportional to its area, and the voltage blocking capability is positively correlated with the height of the drift region or the vertical extension in the semiconductor die. In power semiconductor switches such as IGFET (Insulated Gate Field Effect Transistor) and IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a gate electrode capacitively coupled to the body region by a gate dielectric controls the load current flowing through the body region. In the case of a semiconductor with a high intrinsic breakdown field strength, such as SiC, a high blocking voltage allows the dielectric strength of the gate dielectric to determine the voltage blocking capability of the power semiconductor device instead of the drift region characteristics. A strong electric field is generated near the gate dielectric.

電圧阻止能力をさらに高めるとともに、電流定格及びオン状態抵抗率に対する悪影響なしに、又は電流定格及びオン状態抵抗率に対する低い悪影響だけで、半導体デバイスのアバランシェ耐久性を向上させる必要性がある。   There is a need to further increase the voltage blocking capability and improve the avalanche durability of semiconductor devices without adversely affecting the current rating and on-state resistivity or only having a low adverse effect on the current rating and on-state resistivity.

本開示は、第1の面から炭化ケイ素半導体本体内に延在するトレンチ構造を包含する半導体デバイスに関する。トレンチ構造は、トレンチ構造の下部に補助電極、及び補助電極と第1の面との間に配置されてもよいゲート電極を包含してもよい。シールド領域が、トレンチ構造の下部において補助電極に隣接してもよく、及びドリフト構造と第1のpn接合を形成してもよい。   The present disclosure relates to a semiconductor device that includes a trench structure that extends from a first surface into a silicon carbide semiconductor body. The trench structure may include an auxiliary electrode under the trench structure and a gate electrode that may be disposed between the auxiliary electrode and the first surface. A shield region may be adjacent to the auxiliary electrode at the bottom of the trench structure and may form a first pn junction with the drift structure.

本開示はさらに、第1の面から炭化ケイ素半導体本体内に延在するトレンチ構造を包含する半導体デバイスに関する。トレンチ構造は、第1及び第2のセグメントを包含する。第1及び第2のセグメントのそれぞれは、トレンチ構造の第1の側壁から反対側の第2の側壁へと延在する。第1のセグメント内のゲート電極が、トレンチ構造の下部において半導体本体から誘電的に絶縁される。補助電極が、第2のセグメント内に形成される。シールド領域が、トレンチ構造の下部において補助電極と隣接し、及び半導体本体のドリフト構造と第1のpn接合を形成する。フィールド誘電体が、補助電極及びドリフト構造を分離する。   The present disclosure further relates to a semiconductor device that includes a trench structure that extends from a first surface into a silicon carbide semiconductor body. The trench structure includes first and second segments. Each of the first and second segments extends from the first sidewall of the trench structure to the opposite second sidewall. The gate electrode in the first segment is dielectrically isolated from the semiconductor body at the bottom of the trench structure. An auxiliary electrode is formed in the second segment. A shield region is adjacent to the auxiliary electrode at the bottom of the trench structure and forms a first pn junction with the drift structure of the semiconductor body. A field dielectric separates the auxiliary electrode and the drift structure.

本開示は、炭化ケイ素デバイスの製造方法にも関する。ドリフト層構造と第2のpn接合を形成する本体層を包含する炭化ケイ素基板の処理面にトレンチが形成され、本体層は、処理面とドリフト層構造との間に存在する。トレンチは、ドリフト層構造を露出させる。トレンチの下部を通してドーパントが注入されることによって、ドリフト層構造と第1のpn接合を形成するシールド領域が形成される。誘電体スペーサが、トレンチの側壁上に形成される。補助電極の埋込部分が、トレンチの下部セクションに形成され、埋込部分は、シールド領域に隣接する。   The present disclosure also relates to a method of manufacturing a silicon carbide device. A trench is formed in the processing surface of the silicon carbide substrate that includes the body layer that forms the drift layer structure and the second pn junction, and the body layer exists between the processing surface and the drift layer structure. The trench exposes the drift layer structure. A dopant is implanted through the lower portion of the trench to form a shield region that forms the drift layer structure and the first pn junction. Dielectric spacers are formed on the sidewalls of the trench. A buried portion of the auxiliary electrode is formed in the lower section of the trench, and the buried portion is adjacent to the shield region.

さらなる実施形態が、従属クレームに記載される。当業者は、以下の詳細な説明を読めば、及び添付の図面を見ることにより、追加の特徴及び利点を認識するだろう。   Further embodiments are described in the dependent claims. Those skilled in the art will recognize additional features and advantages upon reading the following detailed description and upon viewing the accompanying drawings.

添付の図面は、本実施形態のさらなる理解をもたらすために包含され、本明細書に組み込まれ、及び本明細書の一部を構成する。図面は、本実施形態を図示し、詳細な説明と共に、実施形態の原理の説明に役立つ。さらなる実施形態及び意図された利点は、以下の詳細な説明を参照することにより、より深く理解されるようになるので、容易に認識されるだろう。   The accompanying drawings are included to provide a further understanding of the embodiments, are incorporated in and constitute a part of this specification. The drawings illustrate this embodiment and, together with the detailed description, serve to explain the principles of the embodiment. Further embodiments and intended advantages will be readily appreciated as they become more fully understood by reference to the following detailed description.

ある実施形態による、ゲート電極が少なくとも上部セクションに形成される第1のセグメントを備え、及び補助電極が第1の面とシールド領域との間に延在する第2のセグメントを備えたトレンチ構造を包含する半導体デバイスの一部分の概略垂直断面図である。According to one embodiment, a trench structure with a first segment with a gate electrode formed in at least an upper section and a second segment with an auxiliary electrode extending between the first face and the shield region. 1 is a schematic vertical cross-sectional view of a portion of a semiconductor device that includes it. ある実施形態による、第1のトレンチ構造に形成された第1のセグメントと、第2のトレンチ構造に形成された第2のセグメントとを備えた半導体デバイスの一部分の概略垂直断面図である。FIG. 2 is a schematic vertical cross-sectional view of a portion of a semiconductor device comprising a first segment formed in a first trench structure and a second segment formed in a second trench structure, according to an embodiment. さらなる実施形態による、第1のセグメントにおいて、ゲート電極が補助電極の埋込部分を半導体本体の第1の面から引き離す、半導体デバイスの一部分の概略斜視図である。FIG. 6 is a schematic perspective view of a portion of a semiconductor device in which a gate electrode pulls a buried portion of an auxiliary electrode away from a first surface of a semiconductor body in a first segment, according to a further embodiment. 別の実施形態による、第1及び第2のセグメントがトレンチ構造の長手方向軸に沿って交互に存在する、半導体デバイスの一部分の概略斜視図である。FIG. 6 is a schematic perspective view of a portion of a semiconductor device in which first and second segments alternate along the longitudinal axis of a trench structure, according to another embodiment. さらなる実施形態による、トレンチ構造の第1のセグメントにおいて、補助電極の埋込部分を第1の面から引き離すゲート電極を備えた、半導体デバイスの一部分の概略垂直断面図である。FIG. 6 is a schematic vertical cross-sectional view of a portion of a semiconductor device with a gate electrode separating a buried portion of an auxiliary electrode from a first surface in a first segment of a trench structure, according to a further embodiment. ある実施形態による、ストライプ形状のトレンチ構造を備えた、半導体デバイスの一部分の概略水平断面図である。1 is a schematic horizontal cross-sectional view of a portion of a semiconductor device with a stripe-shaped trench structure, according to an embodiment. FIG. トレンチ構造の長手方向軸に対して直交するB−B線に沿った図3Aの半導体デバイス部分の概略垂直断面図である。3B is a schematic vertical cross-sectional view of the semiconductor device portion of FIG. 3A along line BB orthogonal to the longitudinal axis of the trench structure. FIG. トレンチ構造の長手方向軸に沿うC−C線に沿った、図3Aの半導体デバイス部分の概略垂直断面図である。FIG. 3B is a schematic vertical cross-sectional view of the semiconductor device portion of FIG. 3A along line CC along the longitudinal axis of the trench structure. 分離されたゲート電極部分を接続するゲート導体構造に関する、ある実施形態による半導体デバイスの一部分の概略平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view of a portion of a semiconductor device according to an embodiment, relating to a gate conductor structure connecting separated gate electrode portions. トレンチ構造の長手方向軸に対して直交するB−B線に沿った図4Aの半導体デバイス部分の概略垂直断面図である。FIG. 4B is a schematic vertical cross-sectional view of the semiconductor device portion of FIG. 4A along line BB orthogonal to the longitudinal axis of the trench structure. トレンチ構造の長手方向軸に対して直交するC−C線に沿った図4Aの半導体デバイス部分の概略垂直断面図である。FIG. 4B is a schematic vertical cross-sectional view of the semiconductor device portion of FIG. 4A taken along line CC, perpendicular to the longitudinal axis of the trench structure. トレンチ電極構造の長手方向軸に沿うD−D線に沿った、図4Aの半導体デバイス部分の概略垂直断面図である。FIG. 4B is a schematic vertical cross-sectional view of the semiconductor device portion of FIG. 4A along line DD along the longitudinal axis of the trench electrode structure. メサ部分の長手方向軸に沿うE−E線に沿った、図4Aの半導体デバイス部分の概略垂直断面図である。4B is a schematic vertical cross-sectional view of the semiconductor device portion of FIG. 4A taken along line EE along the longitudinal axis of the mesa portion. FIG. 法線に対して傾斜した平行な側壁を備えたトレンチ構造に関する、ある実施形態による半導体デバイスの一部分の概略平面図である。1 is a schematic plan view of a portion of a semiconductor device according to an embodiment, relating to a trench structure with parallel sidewalls inclined relative to a normal. FIG. トレンチ構造の長手方向軸に対して直交するB−B線に沿った図5Aの半導体デバイス部分の概略垂直断面図である。FIG. 5B is a schematic vertical cross-sectional view of the semiconductor device portion of FIG. 5A along line BB orthogonal to the longitudinal axis of the trench structure. 平行な垂直側壁及び<11−20>結晶軸に対して平行な長手方向軸を持つトレンチ構造に関する、ある実施形態による半導体デバイスの一部分の概略平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view of a portion of a semiconductor device according to an embodiment, with a trench structure having parallel vertical sidewalls and a longitudinal axis parallel to the <11-20> crystal axis. トレンチ構造の長手方向軸に対して直交するB−B線に沿った図6Aの半導体デバイス部分の概略垂直断面図である。FIG. 6B is a schematic vertical cross-sectional view of the semiconductor device portion of FIG. 6A taken along line BB perpendicular to the longitudinal axis of the trench structure. 平行な垂直側壁及び<1−100>結晶軸に対して平行な長手方向軸を持つトレンチ構造に関する、ある実施形態による半導体デバイスの一部分の概略平面図である。1 is a schematic plan view of a portion of a semiconductor device according to an embodiment, with a trench structure having parallel vertical sidewalls and a longitudinal axis parallel to the <1-100> crystal axis. FIG. トレンチ構造の長手方向軸に対して直交するB−B線に沿った図7Aの半導体デバイス部分の概略垂直断面図である。FIG. 7B is a schematic vertical cross-sectional view of the semiconductor device portion of FIG. 7A along line BB orthogonal to the longitudinal axis of the trench structure. グリッド形状のトレンチ構造に関するある実施形態による、半導体デバイスの一部分の概略水平及び垂直断面図である。1 is a schematic horizontal and vertical cross-sectional view of a portion of a semiconductor device, according to an embodiment for a grid-shaped trench structure. FIG. グリッド形状のトレンチ構造に関するある実施形態による、半導体デバイスの一部分の概略水平及び垂直断面図である。1 is a schematic horizontal and vertical cross-sectional view of a portion of a semiconductor device, according to an embodiment for a grid-shaped trench structure. FIG. グリッド形状のトレンチ構造に関するさらなる実施形態による、半導体デバイスの一部分の概略水平及び垂直断面図である。FIG. 6 is a schematic horizontal and vertical cross-sectional view of a portion of a semiconductor device, according to a further embodiment relating to a grid-shaped trench structure. グリッド形状のトレンチ構造に関するさらなる実施形態による、半導体デバイスの一部分の概略水平及び垂直断面図である。FIG. 6 is a schematic horizontal and vertical cross-sectional view of a portion of a semiconductor device, according to a further embodiment relating to a grid-shaped trench structure. さらなる実施形態による半導体デバイスの一部分の概略水平断面図である。FIG. 6 is a schematic horizontal cross-sectional view of a portion of a semiconductor device according to a further embodiment. さらなる実施形態による半導体デバイスの一部分の概略水平断面図である。FIG. 6 is a schematic horizontal cross-sectional view of a portion of a semiconductor device according to a further embodiment. ある実施形態による、埋込シールド領域に隣接する補助電極を備えた半導体デバイスの製造方法の簡易フローチャートである。6 is a simplified flowchart of a method for manufacturing a semiconductor device with an auxiliary electrode adjacent to a buried shield region, according to an embodiment. トレンチ形成後の、シールド領域に隣接した補助電極を備えた半導体デバイスの製造方法を示すための、半導体基板の一部分の概略垂直断面図である。It is a schematic vertical sectional view of a part of a semiconductor substrate for illustrating a method for manufacturing a semiconductor device having an auxiliary electrode adjacent to a shield region after trench formation. トレンチの垂直突起にシールド領域を形成した後の図12Aの半導体基板部分の概略垂直断面図である。FIG. 12B is a schematic vertical cross-sectional view of the semiconductor substrate portion of FIG. 12A after forming a shield region on the vertical protrusion of the trench. 熱処理中の図12Bの半導体基板部分の概略垂直断面図である。FIG. 12B is a schematic vertical cross-sectional view of the semiconductor substrate portion of FIG. 12B during heat treatment. 犠牲酸化層の形成後の図12Cの半導体基板部分の概略垂直断面図である。12D is a schematic vertical cross-sectional view of the semiconductor substrate portion of FIG. 12C after formation of the sacrificial oxide layer. FIG. 誘電体スペーサ形成後の図12Dの半導体基板部分の概略垂直断面図である。12D is a schematic vertical cross-sectional view of the semiconductor substrate portion of FIG. 12D after dielectric spacer formation. FIG. トレンチの下部部分に形成された補助電極の選択的酸化後の図12Eの半導体基板部分の概略垂直断面図である。12D is a schematic vertical cross-sectional view of the semiconductor substrate portion of FIG. 12E after selective oxidation of an auxiliary electrode formed in the lower portion of the trench. FIG. ゲート電極形成後の図12Fの半導体基板部分の概略垂直断面図である。12D is a schematic vertical cross-sectional view of the semiconductor substrate portion of FIG. 12F after formation of the gate electrode. FIG.

以下の詳細な説明では、本明細書の一部を成し、及び特定の実施形態の図示として示される添付の図面が参照される。他の実施形態を利用することができ、及び本開示の範囲から逸脱することなく構造的又は論理的変更を行うことができることが理解されるものとする。例えば、ある実施形態に関して図示又は記載される特徴は、またさらなる実施形態を生み出すために他の実施形態に対して、又は他の実施形態と併せて使用することができる。本開示は、そのような変更形態及び変形形態を包含することが意図されている。例は、添付の請求項の範囲を限定するものと解釈されない特定の言語を用いて記載される。図面は、一定の縮尺ではなく、単なる例示目的のものである。別段の言明のない限り、異なる図面における対応する要素は、同じ参照符号で示される。   In the following detailed description, references are made to the accompanying drawings that form a part hereof and are shown by way of illustration of specific embodiments. It is to be understood that other embodiments can be utilized and structural or logical changes can be made without departing from the scope of the present disclosure. For example, features illustrated or described with respect to certain embodiments can be used with respect to or in conjunction with other embodiments to yield still further embodiments. The present disclosure is intended to encompass such modifications and variations. The examples are described using a specific language that is not to be construed as limiting the scope of the appended claims. The drawings are not to scale and are for illustrative purposes only. Unless otherwise stated, corresponding elements in the different figures are denoted by the same reference signs.

「有する(having)」、「含有する(containing)」、「包含する(including)」、「含む(comprising)」などといった用語は、非制限的であり、これらの用語は、記載された構造、要素又は特徴の存在を示すが、追加の要素又は特徴を除外しない。冠詞「a」、「an」及び「the」は、文脈が明らかにそうでないことを示さない限り、単数だけでなく、複数も包含することが意図される。   Terms such as “having”, “containing”, “including”, “comprising” and the like are non-limiting, and these terms include the described structure, Indicates the presence of an element or feature, but does not exclude additional elements or features. The articles “a”, “an” and “the” are intended to include the plural as well as the singular unless the context clearly indicates otherwise.

「電気的に接続された」という用語は、電気接続された要素間の永続的な低オーミック接続(例えば、当該要素間の直接的接触又は金属及び/若しくは高濃度にドープされた半導体材料を介した低オーミック接続)を表す。「電気結合された」という用語は、信号伝送に適した1つ又は複数の介在要素が、電気結合された要素(例えば、低オーミック接続を第1の状態で、及び高オーミック電気減結合を第2の状態で一時的に提供するように制御可能な要素)間に存在し得ることを包含する。   The term “electrically connected” refers to permanent low ohmic connections between electrically connected elements (eg, through direct contact between the elements or through metal and / or heavily doped semiconductor material). Low ohmic connection). The term “electrically coupled” means that one or more intervening elements suitable for signal transmission are electrically coupled elements (eg, a low ohmic connection in a first state and a high ohmic electrical decoupling in a first state). Element that can be controlled to provide temporarily in two states).

図面は、ドーピングの型「n」又は「p」の隣に「−」又は「+」を示すことによって、相対ドーピング濃度を示す。例えば、「n−」は、「n」ドーピング領域のドーピング濃度よりも低いドーピング濃度を意味し、「n+」ドーピング領域は、「n」ドーピング領域よりも高いドーピング濃度を有する。同じ相対ドーピング濃度のドーピング領域が、必ずしも同じ絶対ドーピング濃度を有するとは限らない。例えば、2つの異なる「n」ドーピング領域が、同じ又は異なる絶対ドーピング濃度を有していてもよい。   The figure shows the relative doping concentration by indicating "-" or "+" next to the doping type "n" or "p". For example, “n−” means a doping concentration lower than the doping concentration of the “n” doping region, and the “n +” doping region has a higher doping concentration than the “n” doping region. Doping regions with the same relative doping concentration do not necessarily have the same absolute doping concentration. For example, two different “n” doping regions may have the same or different absolute doping concentrations.

図1は、トランジスタセルTCを包含する半導体デバイス500を示す。半導体デバイス500は、例として、IGFET(絶縁ゲート電界効果トランジスタ)、例えば、金属ゲートを備えたFET並びに半導体材料に由来するゲートを備えたFETに関する通常の意味におけるMOSFET(金属酸化物半導体FET)、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)、又はMCD(MOS制御ダイオード)でもよく、又はそれを包含してもよい。   FIG. 1 shows a semiconductor device 500 that includes a transistor cell TC. Semiconductor device 500 includes, by way of example, an IGFET (Insulated Gate Field Effect Transistor), for example, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET) in the normal sense for FETs with metal gates and FETs with gates derived from semiconductor materials, It may be or may include an IGBT (insulated gate bipolar transistor), or an MCD (MOS controlled diode).

半導体デバイス500は、炭化ケイ素(SiC)に基づく半導体本体100を包含する。トランジスタセルTCは、半導体本体100の第1の面101によって定義される前面に形成される。ドリフト構造130は、トランジスタセルTCと、裏側の半導体本体100の第2の面102との間に形成され、第2の面102は、第1の面101と平行である。第1及び第2の面101、102と平行な方向は、水平方向であり、第1の面101に直交する方向は、垂直方向を定義する。   The semiconductor device 500 includes a semiconductor body 100 based on silicon carbide (SiC). The transistor cell TC is formed on the front surface defined by the first surface 101 of the semiconductor body 100. The drift structure 130 is formed between the transistor cell TC and the second surface 102 of the semiconductor body 100 on the back side, and the second surface 102 is parallel to the first surface 101. The direction parallel to the first and second surfaces 101 and 102 is the horizontal direction, and the direction orthogonal to the first surface 101 defines the vertical direction.

ドリフト構造130は、第2の面102に直接隣接してもよい高濃度にドープされたベース部分139、及びトランジスタセルTCと高濃度にドープされたベース部分139との間の低濃度にドープされたドリフトゾーン131を包含してもよい。ドリフト構造130は、電流拡散ゾーンをさらに包含してもよい。電流拡散ゾーンは、本体領域120と、低濃度にドープされたドリフトゾーン131との間に配置されてもよい。電流拡散ゾーンは、ドリフトゾーン131よりも高いドーピング濃度を有する。   The drift structure 130 is lightly doped between a heavily doped base portion 139 that may be directly adjacent to the second surface 102 and between the transistor cell TC and the lightly doped base portion 139. A drift zone 131 may be included. The drift structure 130 may further include a current spreading zone. The current spreading zone may be disposed between the body region 120 and the lightly doped drift zone 131. The current spreading zone has a higher doping concentration than the drift zone 131.

トレンチ構造150は、第1の面101から半導体本体100内及びドリフト構造130内に延在する。半導体本体100のメサ部分190は、トレンチ構造150に側方で直接隣接し、且つ隣り合うトレンチ構造150を互いに分離する。トレンチ構造150は、半導体本体100に少なくとも1つのトレンチを含めばよい。本明細書を通して、トレンチは、半導体デバイス500の電極トレンチでもよい。   The trench structure 150 extends from the first surface 101 into the semiconductor body 100 and into the drift structure 130. The mesa portion 190 of the semiconductor body 100 is directly adjacent to the trench structure 150 laterally and separates adjacent trench structures 150 from each other. The trench structure 150 may include at least one trench in the semiconductor body 100. Throughout this specification, the trench may be an electrode trench of the semiconductor device 500.

メサ部分190は、ドリフト構造130と第2のpn接合pn2を形成し、及びソースゾーン110と第3のpn接合pn3を形成する本体領域120を包含し、ソースゾーン110は、本体領域120と、第1の面101との間にある。   The mesa portion 190 includes a body region 120 that forms a drift structure 130 and a second pn junction pn2 and forms a source zone 110 and a third pn junction pn3, the source zone 110 comprising the body region 120, Between the first surface 101.

トレンチ構造150は、第1のセグメント151及び第2のセグメント152を包含する。第1及び第2のセグメント151、152は、トレンチ構造150の第1の側壁から反対側の第2の側壁へと横方向に延在し、第1及び第2の側壁は、傾斜している(例えば、第1の面101に対して垂直である)。第1及び第2の側壁は、断面平面に直角に延在するトレンチ構造150の長辺を形成する。   The trench structure 150 includes a first segment 151 and a second segment 152. The first and second segments 151, 152 extend laterally from the first sidewall of the trench structure 150 to the opposite second sidewall, the first and second sidewalls being inclined. (For example, perpendicular to the first surface 101). The first and second sidewalls form the long side of the trench structure 150 that extends perpendicular to the cross-sectional plane.

第1のセグメント151は、少なくとも第1のセグメント151の上部セクションに形成されるゲート電極155を包含し、上部セクションは、第1の面101に向く。ゲート電極155が、例えば補助電極157の埋込部分によって、トレンチ構造150の下部から間隔を空けるように、ゲート電極155は、上部セクションだけに形成されてもよい。他の実施形態によれば、ゲート電極155は、第1のセグメント151の上部から下部へと延在し、誘電体構造(例えば、ゲート誘電体153又は別の誘電体の部分)が、トレンチ構造150の下部に沿って、ゲート電極155を半導体本体100から誘電的に絶縁する。ゲート誘電体153は、ゲート電極155を半導体本体100から電気的に分離することができる。ゲート電極155は、第1のセグメント151の両長辺のゲート誘電体153の2つの部分間で、第1のセグメント151の上部部分を完全に充填してもよい。   The first segment 151 includes a gate electrode 155 formed in at least an upper section of the first segment 151, and the upper section faces the first surface 101. The gate electrode 155 may be formed only in the upper section so that the gate electrode 155 is spaced from the lower portion of the trench structure 150, for example by a buried portion of the auxiliary electrode 157. According to other embodiments, the gate electrode 155 extends from the top to the bottom of the first segment 151 and the dielectric structure (eg, the gate dielectric 153 or another dielectric portion) is a trench structure. Along the lower portion of 150, the gate electrode 155 is dielectrically insulated from the semiconductor body 100. The gate dielectric 153 can electrically isolate the gate electrode 155 from the semiconductor body 100. The gate electrode 155 may completely fill the upper portion of the first segment 151 between the two portions of the gate dielectric 153 on both long sides of the first segment 151.

第2のセグメント152は、少なくとも第1の面101と同一平面上にある平面からトレンチ構造150の下部へと延在する補助電極157を包含する。フィールド誘電体159が、半導体本体100から(例えば、ドリフト構造130から)補助電極157を側方で分離してもよい。フィールド誘電体159の厚さは、ゲート誘電体153の厚さ以上であってもよい。補助電極157は、トレンチ構造150の両長辺のフィールド誘電体159の部分間で、トレンチ構造150の下部部分を完全に充填してもよい。   The second segment 152 includes an auxiliary electrode 157 that extends from a plane that is at least flush with the first surface 101 to the bottom of the trench structure 150. A field dielectric 159 may laterally separate the auxiliary electrode 157 from the semiconductor body 100 (eg, from the drift structure 130). The thickness of the field dielectric 159 may be greater than or equal to the thickness of the gate dielectric 153. The auxiliary electrode 157 may completely fill the lower portion of the trench structure 150 between the portions of the field dielectric 159 on both long sides of the trench structure 150.

ゲート電極155は、ゲート端子Gに電気的に接続されてもよい。ソースゾーン110及び本体領域120は、第1の負荷端子L1に電気的に接続されてもよい。補助電極157は、第1の負荷端子L1、半導体デバイス500の別の端子、又は内部ドライバ若しくは電圧調整回路の出力に電気的に接続されてもよい。   The gate electrode 155 may be electrically connected to the gate terminal G. The source zone 110 and the main body region 120 may be electrically connected to the first load terminal L1. The auxiliary electrode 157 may be electrically connected to the first load terminal L1, another terminal of the semiconductor device 500, or the output of the internal driver or voltage regulator circuit.

少なくとも第2のセグメント152の下部のシールド領域140が、補助電極157とオーミック接触(具体的には低オーミック接触)し、及びドリフト構造130と第1のpn接合pn1を形成する。シールド領域140は、少なくとも第2のセグメント152の垂直突起に形成されてもよく、及び補助電極157に直接隣接してもよい。シールド領域140の垂直延在部v0は、少なくとも500nm(例えば、少なくとも1.5μm又は少なくとも2.0μm)でもよい。半導体デバイス500は、複数の分離したシールド領域140を含んでもよい。例えば、ドリフト構造130の複数の部分が、シールド領域140を互いに分離してもよい。複数のシールド領域140は、ドリフト構造130と複数のそれぞれの第1のpn接合pn1を形成してもよい。   At least the shield region 140 below the second segment 152 is in ohmic contact (specifically, low ohmic contact) with the auxiliary electrode 157, and forms the drift structure 130 and the first pn junction pn1. The shield region 140 may be formed at least on the vertical protrusion of the second segment 152 and may be directly adjacent to the auxiliary electrode 157. The vertical extension v0 of the shield region 140 may be at least 500 nm (eg, at least 1.5 μm or at least 2.0 μm). The semiconductor device 500 may include a plurality of separate shield regions 140. For example, multiple portions of the drift structure 130 may separate the shield regions 140 from one another. The plurality of shield regions 140 may form the drift structure 130 and a plurality of first pn junctions pn1.

トランジスタセルTCは、pドープ本体領域120、nドープソースゾーン110及びnドープドリフトゾーン131を備えたnチャネル型のものでもよく、又はnドープ本体領域120、pドープソースゾーン110及びpドープドリフトゾーン131を備えたpチャネルトランジスタセルでもよい。以下の説明は、nチャネルトランジスタセルTCを備えた半導体デバイス500に関する。同様の考えが、pチャネルトランジスタセルTCを備えた半導体デバイスに当てはまる。   The transistor cell TC may be an n-channel type comprising a p-doped body region 120, an n-doped source zone 110 and an n-doped drift zone 131, or an n-doped body region 120, a p-doped source zone 110 and a p-doped drift zone. A p-channel transistor cell having 131 may be used. The following description relates to a semiconductor device 500 comprising an n-channel transistor cell TC. Similar considerations apply to semiconductor devices with p-channel transistor cells TC.

閾値電圧を超えるゲート端子Gの電圧は、トランジスタセルTCをオンにする。電界効果により、蓄積された少数電荷担体が、ゲート誘電体153に沿って本体領域120において、反転チャネルを形成する。反転チャネルは、負荷電流が本体領域120及び第1の負荷端子L1と第2の負荷端子L2との間を流れるように、ソースゾーン110をドリフト構造130に接続する。   A voltage at the gate terminal G exceeding the threshold voltage turns on the transistor cell TC. Due to the field effect, the accumulated minority charge carriers form an inversion channel in the body region 120 along the gate dielectric 153. The inversion channel connects the source zone 110 to the drift structure 130 so that the load current flows between the body region 120 and the first load terminal L1 and the second load terminal L2.

ゲート端子Gの電圧が閾値電圧を下回ると、トランジスタセルTCがオフになる。オフ状態では、第2のpn接合pn2は、逆バイアスをかけられたままであり、ドリフトゾーン131の垂直延在部、及び第2のpn接合pn2とベース部分139との間のドリフトゾーン131のドーパント濃度が、半導体デバイス500の電圧阻止能力を決定する。シールド領域140から側方に延在する空乏層が、第2の負荷端子L2の電位に対してゲート誘電体153をある程度シールドし、及び第1のpn接合pn1において電圧破壊をクランプする。埋込補助電極157は、シールド領域140と、例えば第1の負荷端子L1との間の直接的な低オーミック接続の一部を形成する。   When the voltage at the gate terminal G falls below the threshold voltage, the transistor cell TC is turned off. In the off state, the second pn junction pn2 remains reverse biased and the vertical extension of the drift zone 131 and the dopant of the drift zone 131 between the second pn junction pn2 and the base portion 139. The concentration determines the voltage blocking capability of the semiconductor device 500. A depletion layer extending laterally from the shield region 140 shields the gate dielectric 153 to some extent against the potential of the second load terminal L2, and clamps voltage breakdown at the first pn junction pn1. The buried auxiliary electrode 157 forms part of a direct low ohmic connection between the shield region 140 and, for example, the first load terminal L1.

補助電極157は、電荷担体の移動度が高濃度にドープされた単結晶炭化ケイ素のものよりも大幅に高い材料に由来する。例えば、補助電極157は、金属含有層及び/若しくは高濃度にドープされた多結晶シリコンから構成されてもよく、又は金属含有層及び/若しくは高濃度にドープされた多結晶シリコンを包含してもよい。アバランシェ破壊の場合、補助電極は、低オーミック経路に沿って、及びメサ部分190を通る垂直の電荷担体の流れなしに、第1の負荷端子L1に対してアバランシェ電流を流出させ、電荷担体は、ソースゾーン110、本体領域120及びドリフトゾーン131によって形成される寄生npnバイポーラ接合トランジスタのベース電流として有効となり得る。このようにして、シールド領域140と組み合わせた補助電極157は、半導体デバイス500のアバランシェ耐久性を大幅に向上させる。   The auxiliary electrode 157 is derived from a material whose charge carrier mobility is significantly higher than that of highly doped single crystal silicon carbide. For example, the auxiliary electrode 157 may be composed of a metal-containing layer and / or heavily doped polycrystalline silicon, or may include a metal-containing layer and / or heavily doped polycrystalline silicon. Good. In the case of avalanche breakdown, the auxiliary electrode drains avalanche current to the first load terminal L1 along the low ohmic path and without the flow of vertical charge carriers through the mesa portion 190, It can be effective as a base current of a parasitic npn bipolar junction transistor formed by the source zone 110, the body region 120, and the drift zone 131. In this way, the auxiliary electrode 157 combined with the shield region 140 significantly improves the avalanche durability of the semiconductor device 500.

メサ部分190のドープ領域を通るシールド領域の接続を用いた方法と比較して、より多くの半導体材料をトランジスタの機能性に割り当てることができる。隣り合うトレンチ構造150間の距離が縮小されてもよく、及び反転チャネルとドリフト構造130との間の接続抵抗を減らすために、本体領域120に直接隣接するドリフト構造130の部分のドーパント濃度をさらに増加させることができる。   More semiconductor material can be assigned to the functionality of the transistor as compared to the method using a shield region connection through the doped region of the mesa portion 190. The distance between adjacent trench structures 150 may be reduced, and in order to reduce the connection resistance between the inversion channel and the drift structure 130, the dopant concentration in the portion of the drift structure 130 immediately adjacent to the body region 120 is further increased. Can be increased.

第1のセグメント151及び第2のセグメント152は、第1のpn接合pn1に沿った空乏領域の側方延在部が、ゲート誘電体153において有効な電界強度を低下させるように、並べて形成される。   The first segment 151 and the second segment 152 are formed side by side so that the lateral extension of the depletion region along the first pn junction pn1 reduces the effective electric field strength in the gate dielectric 153. The

図2A及び2Bは、第1及び第2のセグメント151、152の異なる実施形態を示し、図2Aでは、第1及び第2のセグメント151、152が、異なるトレンチ構造150に形成され、図2Bでは、第1及び第2のセグメント151、152が、同じトレンチ構造150の異なるセクションに形成される。図2Aでは、第1のセグメント151が、第1のトレンチ構造1501にのみ形成され、第2のセグメント152が、第2のトレンチ構造1502にのみ形成され、第1及び第2のトレンチ構造1501、1502は、メサ部分190によって互いに分離される。   2A and 2B show different embodiments of the first and second segments 151, 152, in FIG. 2A, the first and second segments 151, 152 are formed in different trench structures 150, in FIG. 2B. , First and second segments 151, 152 are formed in different sections of the same trench structure 150. In FIG. 2A, the first segment 151 is formed only in the first trench structure 1501, the second segment 152 is formed only in the second trench structure 1502, and the first and second trench structures 1501, 1502 are separated from each other by a mesa portion 190.

第1及び第2のトレンチ構造1501、1502は、長手方向軸が断面平面に直交したストライプ形状でもよく、第1及び第2のトレンチ構造1501、1502は、同じ幅及び同じ垂直延在部を有していてもよい。他の実施形態によれば、第1のトレンチ構造1501の第1の垂直延在部v1は、第2のトレンチ構造1502の第2の垂直延在部v2よりも小さくてもよい。1つ、2つ、又はそれ以上の第1のトレンチ構造1501が、1対の隣り合う第2のトレンチ構造1502の間に配置されてもよい。   The first and second trench structures 1501 and 1502 may have a stripe shape whose longitudinal axis is orthogonal to the cross-sectional plane, and the first and second trench structures 1501 and 1502 have the same width and the same vertical extension. You may do it. According to another embodiment, the first vertical extension v1 of the first trench structure 1501 may be smaller than the second vertical extension v2 of the second trench structure 1502. One, two, or more first trench structures 1501 may be disposed between a pair of adjacent second trench structures 1502.

ゲート電極155は、第1の面101から第1のトレンチ構造1501の下部まで延在する。補助電極157は、第1の面101から第2のトレンチ構造1502の下部まで延在する。ゲート電極155及び補助電極157は、高濃度pドープ多結晶シリコンの1回の単一堆積プロセスによって得られてもよい。ゲート電極155を半導体本体100から分離するゲート誘電体153は、補助電極157をとりわけドリフト構造130から側方で分離するフィールド誘電体159の厚さ以下の厚さを有していてもよい。   The gate electrode 155 extends from the first surface 101 to the lower portion of the first trench structure 1501. The auxiliary electrode 157 extends from the first surface 101 to the lower part of the second trench structure 1502. Gate electrode 155 and auxiliary electrode 157 may be obtained by a single single deposition process of heavily p-doped polycrystalline silicon. The gate dielectric 153 that separates the gate electrode 155 from the semiconductor body 100 may have a thickness that is less than or equal to the thickness of the field dielectric 159 that laterally separates the auxiliary electrode 157 from the drift structure 130.

図2Bでは、第1のセグメント151及び第2のセグメント152が、トレンチ構造150の水平長手方向軸に沿って交互に存在する。トレンチ構造150の長手方向軸に沿った第2のセグメント152の延在部は、アバランシェ破壊が第1のpn接合pn1で止められる程度に、ドリフト構造130に直接隣接するゲート誘電体153の下部部分における電界強度が低下するように選択される。分離誘電体156は、同じトレンチ構造150において、ゲート電極155から補助電極157を電気的に絶縁する。ゲート誘電体153は、フィールド誘電体159と同じ厚さを有していてもよく、又は、ゲート誘電体153は、フィールド誘電体159よりも薄くてもよい。   In FIG. 2B, the first segments 151 and the second segments 152 alternate along the horizontal longitudinal axis of the trench structure 150. The extension of the second segment 152 along the longitudinal axis of the trench structure 150 is the lower portion of the gate dielectric 153 directly adjacent to the drift structure 130 to the extent that avalanche breakdown is stopped at the first pn junction pn1. Is selected such that the electric field strength at is reduced. The isolation dielectric 156 electrically insulates the auxiliary electrode 157 from the gate electrode 155 in the same trench structure 150. The gate dielectric 153 may have the same thickness as the field dielectric 159 or the gate dielectric 153 may be thinner than the field dielectric 159.

図2Cでは、ゲート電極155は、ゲート電極155が、トレンチ構造150の第1のセグメント151において第1の面101と同一平面上にある平面から補助電極157の埋込部分1571を引き離すように、補助電極157の埋込部分1571と、第1の面101との間に、垂直方向に沿って配置される。第1の厚さth1を持つゲート誘電体153は、ゲート電極155を少なくとも本体領域120から側方で分離する。第1の厚さth1よりも大きくてもよい第2の厚さth2を持つフィールド誘電体159は、補助電極157を少なくともドリフト構造130から側方で分離する。   In FIG. 2C, the gate electrode 155 is such that the gate electrode 155 separates the buried portion 1571 of the auxiliary electrode 157 from a plane that is coplanar with the first surface 101 in the first segment 151 of the trench structure 150. Between the embedded portion 1571 of the auxiliary electrode 157 and the first surface 101, it is arranged along the vertical direction. A gate dielectric 153 having a first thickness th1 separates the gate electrode 155 at least laterally from the body region 120. A field dielectric 159 having a second thickness th2, which may be greater than the first thickness th1, separates the auxiliary electrode 157 at least laterally from the drift structure 130.

ゲート電極155と半導体本体100との間の誘電体分離は別として、ゲート電極155は、トレンチ構造150の上部セクション全体を充填してもよい。補助電極157は、トレンチ構造150の下部セクションにおけるトレンチ構造150の長辺の両側壁上のフィールド誘電体159の2つの部分間で、トレンチ構造150を完全に充填してもよい。   Apart from the dielectric isolation between the gate electrode 155 and the semiconductor body 100, the gate electrode 155 may fill the entire upper section of the trench structure 150. The auxiliary electrode 157 may completely fill the trench structure 150 between the two portions of the field dielectric 159 on both long side walls of the trench structure 150 in the lower section of the trench structure 150.

トレンチ構造150の垂直突起におけるシールド領域140は、少なくとも0.5μm(例えば、少なくとも1.5μm)の垂直延在部v0を有していてもよい。   The shield region 140 in the vertical protrusion of the trench structure 150 may have a vertical extension v0 of at least 0.5 μm (eg, at least 1.5 μm).

図2Dの断面平面に平行した平面における第2のセグメントでは、トレンチ構造150は、補助電極157を第1の負荷端子L1、補助端子、又は半導体デバイス500の内部ネットワークノードに電気的に接続する接続構造を包含してもよい。接続構造は、深い接触でもよい。ある実施形態によれば、ゲート電極155及び分離誘電体156は、第2のセグメントには存在せず、及び補助電極の接続部分は、第1の面101と同一平面上にある平面と、埋込部分1571との間に延在する。   In a second segment in a plane parallel to the cross-sectional plane of FIG. 2D, the trench structure 150 electrically connects the auxiliary electrode 157 to the first load terminal L1, the auxiliary terminal, or an internal network node of the semiconductor device 500. Structures may be included. The connection structure may be in deep contact. According to one embodiment, the gate electrode 155 and the isolation dielectric 156 are not present in the second segment, and the connecting portion of the auxiliary electrode is embedded in a plane that is coplanar with the first surface 101. It extends between the recessed portion 1571.

図2Dでは、第1のセグメント151は、ゲート電極155を包含する上部セクションと、トレンチ構造150の下部との間の下部セクションにおいて、補助電極の埋込部分1571を包含する。シールド領域140は、トレンチ構造150の水平長手方向延在部全体に沿って、連続したストライプを形成する。第2のセグメント152は、補助電極157の接続部分1572をさらに包含する。分離誘電体156は、第1のセグメント151において、第1の面101と平行に延在する水平部分を包含する。   In FIG. 2D, the first segment 151 includes a buried portion 1571 of the auxiliary electrode in the lower section between the upper section that includes the gate electrode 155 and the lower portion of the trench structure 150. The shield region 140 forms a continuous stripe along the entire horizontal longitudinal extension of the trench structure 150. The second segment 152 further includes a connection portion 1572 of the auxiliary electrode 157. The isolation dielectric 156 includes a horizontal portion extending in parallel with the first surface 101 in the first segment 151.

図3A〜3Cは、六方晶格子のワイドバンドギャップ半導体材料(例えば、2H−SiC(2HポリタイプのSiC)、6H−SiC、又は15R−SiC)に由来する半導体本体100を包含する半導体デバイス500を示す。ある実施形態によれば、半導体材料は、4Hポリタイプの炭化ケイ素(4H−SiC)である。   3A-3C illustrate a semiconductor device 500 that includes a semiconductor body 100 derived from a hexagonal lattice wide bandgap semiconductor material (eg, 2H—SiC (2H polytype SiC), 6H—SiC, or 15R—SiC). Indicates. According to an embodiment, the semiconductor material is 4H polytype silicon carbide (4H—SiC).

半導体本体100の前面の第1の面101は、主結晶面と一致してもよく、第1の面101は、平面である。あるいは、第1の面101の配向は、その絶対値が、少なくとも2°及び最大で12°でもよい軸外角度α(例えば、約4°)分だけ主結晶面に対して傾斜してもよく、第1の面101は、平面でもよく、又は互いに対して変位し、及び軸外角度α分だけ水平平均平面に対して傾斜した平行な第1の面セクションと、第1の面セクションに対して傾斜し、及び第1の面101の断面ラインが鋸歯状ラインに近似するように第1の面セクションを接続する第2の面セクションとを包含してもよい。   The first surface 101 on the front surface of the semiconductor body 100 may coincide with the main crystal plane, and the first surface 101 is a flat surface. Alternatively, the orientation of the first surface 101 may be inclined with respect to the main crystal plane by an off-axis angle α (eg, about 4 °) whose absolute value may be at least 2 ° and at most 12 °. , The first surface 101 may be flat or displaced relative to each other and parallel to the first surface section inclined relative to the horizontal average plane by an off-axis angle α and the first surface section And a second surface section connecting the first surface sections such that the cross-sectional line of the first surface 101 approximates a serrated line.

平面の第1の面101に対して、又は鋸歯状の第1の面101の平均平面に対して平行な方向が、水平方向である。平面の第1の面101に対する、又は鋸歯状の第1の面101の平均平面に対する法線104が、垂直方向を定義する。   The horizontal direction is the direction parallel to the flat first surface 101 or the average plane of the sawtooth first surface 101. A normal 104 to the planar first surface 101 or to the average plane of the serrated first surface 101 defines a vertical direction.

図示された実施形態では、<0001>結晶軸は、軸外角度α(>0)分だけ法線104に対して傾斜しており、<11−20>結晶軸は、軸外角度α分だけ水平平面に対して傾斜しており、及び<1−100>結晶軸は、図3Bの断面平面に直交して伸びる。   In the illustrated embodiment, the <0001> crystal axis is tilted relative to the normal 104 by an off-axis angle α (> 0), and the <11-20> crystal axis is by an off-axis angle α. It is inclined with respect to the horizontal plane, and the <1-100> crystal axis extends perpendicular to the cross-sectional plane of FIG. 3B.

半導体本体100の裏側では、第2の面102が、第1の面101に対して平行に延在する。前面の第1の面101と、裏側の第2の面102との間の距離は、半導体デバイス500の公称阻止能力と正の相関がある。第1の面101と、第2の面102との間の半導体本体100の全厚さは、数百nm〜数百μmの範囲内であってもよい。   On the back side of the semiconductor body 100, the second surface 102 extends parallel to the first surface 101. The distance between the front first surface 101 and the back second surface 102 is positively correlated with the nominal blocking capability of the semiconductor device 500. The total thickness of the semiconductor body 100 between the first surface 101 and the second surface 102 may be in the range of several hundred nm to several hundred μm.

トランジスタセルTCは、第1の面101に沿って前面に形成される。ドリフト構造130は、トランジスタセルTCを第2の面102から分離する。ドリフト構造130は、第2の面102に直接隣接する高濃度にドープされたベース部分139、及びトランジスタセルTCと高濃度にドープされたベース部分139との間に低濃度にドープされたドリフトゾーン131を包含してもよい。   The transistor cell TC is formed on the front surface along the first surface 101. The drift structure 130 separates the transistor cell TC from the second surface 102. The drift structure 130 includes a lightly doped base portion 139 immediately adjacent to the second face 102 and a lightly doped drift zone between the transistor cell TC and the lightly doped base portion 139. 131 may be included.

高濃度にドープされたベース部分139は、結晶インゴットから得られた基板部分でもよく、又は結晶インゴットから得られた基板部分を包含してもよく、及び第2の面102に直接隣接する第2の負荷電極320とオーミック接触を形成する。ベース部分139における平均ドーパント濃度は、第2の負荷電極320とのオーミック接触を確実にするのに十分な高さである。半導体デバイス500がIGFETである、又はIGFETを包含する場合、ベース部分139は、ドリフトゾーン131と同じ導電型を有する。半導体デバイス500がIGBTである場合、ベース部分139は、ドリフトゾーン131の相補導電型を有し、又は両方の導電型のゾーンを包含する。   The heavily doped base portion 139 may be a substrate portion obtained from a crystal ingot, or may include a substrate portion obtained from a crystal ingot, and a second directly adjacent to the second surface 102. An ohmic contact with the load electrode 320 is formed. The average dopant concentration in the base portion 139 is high enough to ensure ohmic contact with the second load electrode 320. When the semiconductor device 500 is an IGFET or includes an IGFET, the base portion 139 has the same conductivity type as the drift zone 131. When the semiconductor device 500 is an IGBT, the base portion 139 has the complementary conductivity type of the drift zone 131 or includes zones of both conductivity types.

ドリフトゾーン131は、ベース部分139上にエピタキシーによって成長される層に形成されてもよい。ドリフトゾーン131における平均純ドーパント濃度は、1E15cm−3〜5E16cm−3の範囲内でもよい。ドリフト構造130は、さらにドープされた領域、例えば、フィールド停止ゾーン、ドリフトゾーン131の導電型のバリアゾーン、又はカウンタードープ領域を包含してもよい。図示された実施形態では、ドリフト構造130は、ベース部分139とは反対側のドリフトゾーン131に直接隣接する電流拡散ゾーン132を包含する。電流拡散ゾーン132における平均ドーパント濃度は、ドリフトゾーン131の平均ドーパント濃度の少なくとも150%(例えば、ドリフトゾーン131の少なくとも2倍)である。 The drift zone 131 may be formed in a layer grown by epitaxy on the base portion 139. The average pure dopant concentration in the drift zone 131 may be in the range of 1E15 cm −3 to 5E16 cm −3 . The drift structure 130 may further include a doped region, for example, a field stop zone, a conductivity zone of the drift zone 131, or a counter-doped region. In the illustrated embodiment, the drift structure 130 includes a current spreading zone 132 that is immediately adjacent to the drift zone 131 opposite the base portion 139. The average dopant concentration in the current spreading zone 132 is at least 150% of the average dopant concentration in the drift zone 131 (eg, at least twice that in the drift zone 131).

ドリフトゾーン131は、ベース部分139に直接隣接してもよく、又はドリフトゾーン131と単極ホモ接合を成すバッファ層が、ドリフトゾーン131とベース部分139との間に直接存在してもよく(挟まれてもよく)、例として、バッファ層の垂直延在部は、約1μmでもよく、及びバッファ層の平均ドーパント濃度は、3E17cm−3〜1E18cm−3の範囲内でもよい。バッファ層は、半導体本体100の機械的応力を緩和させ、欠陥密度を減少させ、及び/又はドリフト構造130において電界の成形に貢献することができる。 The drift zone 131 may be directly adjacent to the base portion 139, or a buffer layer that forms a unipolar homojunction with the drift zone 131 may exist directly between the drift zone 131 and the base portion 139. As an example, the vertical extension of the buffer layer may be about 1 μm and the average dopant concentration of the buffer layer may be in the range of 3E17 cm −3 to 1E18 cm −3 . The buffer layer can relieve the mechanical stress of the semiconductor body 100, reduce the defect density, and / or contribute to shaping the electric field in the drift structure 130.

トランジスタセルTCは、第1の面101から半導体本体100内及びドリフト構造130内に延在するトレンチ構造150に沿って形成される。半導体本体100のメサ部分190は、隣り合うトレンチ構造150を互いに側方で分離する。   The transistor cell TC is formed along a trench structure 150 that extends from the first surface 101 into the semiconductor body 100 and into the drift structure 130. The mesa portion 190 of the semiconductor body 100 separates adjacent trench structures 150 from each other laterally.

第1の水平方向に沿ったトレンチ構造150の長手方向延在部は、第1の水平方向に直交する第2の水平方向に沿ったトレンチ構造150の幅よりも大きい。トレンチ構造150は、トランジスタセル領域の一方の側から反対側へと延在する長いストライプでもよく、トレンチ構造150の長さは、最大数百マイクロメートル又は数ミリメートルでもよい。他の実施形態によれば、複数の分離されたトレンチ構造150が、トランジスタセル領域の一方の側から反対側へと延在するラインに沿って形成されてもよい。トレンチ構造150の下部は、尖っていてもよく、又は丸味を帯びていてもよい。   The longitudinally extending portion of the trench structure 150 along the first horizontal direction is larger than the width of the trench structure 150 along the second horizontal direction orthogonal to the first horizontal direction. The trench structure 150 may be a long stripe extending from one side of the transistor cell region to the other, and the length of the trench structure 150 may be up to several hundred micrometers or several millimeters. According to other embodiments, a plurality of isolated trench structures 150 may be formed along lines extending from one side of the transistor cell region to the opposite side. The lower portion of the trench structure 150 may be pointed or rounded.

トレンチ構造150は、等しく間隔を空けてもよく、等しい幅を有してもよく、及び規則的なパターンを形成してもよく、トレンチ構造150のピッチ(中心間距離)は、1μm〜10μm(例えば、2μm〜5μm)の範囲内でもよい。トレンチ構造150の垂直延在部は、0.3μm〜5μmの範囲内(例えば、0.5μm〜2μmの範囲内)でもよい。   The trench structures 150 may be equally spaced, may have equal widths, and may form a regular pattern, and the pitch (distance between the centers) of the trench structures 150 may be 1 μm to 10 μm ( For example, it may be within a range of 2 μm to 5 μm. The vertically extending portion of the trench structure 150 may be within a range of 0.3 μm to 5 μm (for example, within a range of 0.5 μm to 2 μm).

トレンチ構造150の長辺における側壁は、第1の面101に対して垂直でもよく、法線104に対して斜めでもよく、又は第1の面101までの距離が増加するにつれてテーパー状になってもよい。例えば、垂直方向に対するトレンチ構造150のテーパー角は、軸外角度αに等しくてもよく、又は2つの向かい合った長手方向メサ側壁の少なくとも第1のメサ側壁191が、高い電荷担体移動度を持つ主結晶面(例えば、{11−20}結晶面)に形成されるように、±1度以下分だけ軸外角度αから逸脱してもよい。   The sidewalls on the long sides of the trench structure 150 may be perpendicular to the first surface 101, oblique to the normal 104, or taper as the distance to the first surface 101 increases. Also good. For example, the taper angle of the trench structure 150 relative to the vertical direction may be equal to the off-axis angle α, or at least the first mesa sidewall 191 of the two opposed longitudinal mesa sidewalls has a high charge carrier mobility. The off-axis angle α may be deviated by ± 1 degree or less so as to be formed on a crystal plane (for example, {11-20} crystal plane).

第1のメサ側壁191の反対側の第2のメサ側壁192は、軸外角度αの2倍分だけ、例えば、4度以上分だけ(例えば、約8度分だけ)主結晶面に対して傾斜してもよい。第1及び第2のメサ側壁191、192は、中間メサ部分190の長手方向両側にあり、及び2つの隣り合うトレンチ構造150に直接隣接する。   The second mesa side wall 192 opposite to the first mesa side wall 191 is twice the off-axis angle α, for example, 4 degrees or more (for example, about 8 degrees) with respect to the main crystal plane. It may be inclined. The first and second mesa side walls 191, 192 are on the longitudinal sides of the intermediate mesa portion 190 and directly adjacent to two adjacent trench structures 150.

各メサ部分190は、相互接続されたセクションを備えた1つのソースゾーン110を包含してもよく、又はメサ部分190内で互いに分離しているが、メサ部分190に直接隣接するメサ接触構造315を通る低インピーダンス経路によって互いに電気的に接続される2つ以上のソースゾーン110を包含してもよい。ソースゾーン110は、少なくとも第1のメサ側壁191に直接隣接し、及び第2のメサ側壁192に直接隣接してもよく、又は第2のメサ側壁192から間隔を空けてもよい。   Each mesa portion 190 may include one source zone 110 with interconnected sections, or mesa contact structures 315 that are separated from each other within the mesa portion 190 but directly adjacent to the mesa portion 190. May include two or more source zones 110 that are electrically connected to each other by a low impedance path through. The source zone 110 may be at least directly adjacent to the first mesa sidewall 191 and directly adjacent to the second mesa sidewall 192, or may be spaced from the second mesa sidewall 192.

メサ部分190は、ソースゾーン110をドリフト構造130から分離する本体領域120をさらに包含し、本体領域120は、ドリフト構造130と第2のpn接合pn2を形成し、及びソースゾーン110と第3のpn接合pn3を形成する。本体領域120は、少なくとも第1のメサ側壁191に直接隣接し、及び第2のメサ側壁192に直接隣接してもよく、又は第2のメサ側壁192から間隔を空けてもよい。本体領域120の垂直延在部は、トランジスタセルTCのチャネル長さに相当し、及び0.2μm〜1.5μmの範囲内でもよい。本体領域120と単極接合を成すパッシベーションゾーン129は、第2のメサ側壁192に沿って形成されてもよい。   The mesa portion 190 further includes a body region 120 that separates the source zone 110 from the drift structure 130, the body region 120 forms a second pn junction pn 2 with the drift structure 130, and the source zone 110 and the third region A pn junction pn3 is formed. The body region 120 may be directly adjacent to at least the first mesa sidewall 191 and directly adjacent to the second mesa sidewall 192, or may be spaced from the second mesa sidewall 192. The vertically extending portion of the main body region 120 corresponds to the channel length of the transistor cell TC and may be in the range of 0.2 μm to 1.5 μm. A passivation zone 129 that forms a monopolar junction with the body region 120 may be formed along the second mesa sidewall 192.

メサ接触構造315は、中間層誘電体210中を延在し、並びにソースゾーン110及び本体領域120を前面の第1の負荷電極310に電気的に接続する。メサ接触構造315は、第1の面101上で終わってもよく、及びメサ部分190の水平長手方向に沿って、ソースゾーン110及び本体領域120と交互に直接接触してもよい。例えば、ソースゾーン110は、主に又は独占的に第1のセグメント151に沿って形成されてもよく、及び本体領域120は、主に又は独占的に第2のセグメント152に沿って第1の面101に直接隣接してもよい。   The mesa contact structure 315 extends through the interlayer dielectric 210 and electrically connects the source zone 110 and the body region 120 to the front first load electrode 310. The mesa contact structure 315 may end on the first surface 101 and may be in direct contact with the source zone 110 and the body region 120 alternately along the horizontal longitudinal direction of the mesa portion 190. For example, the source zone 110 may be formed mainly or exclusively along the first segment 151, and the body region 120 may be formed mainly or exclusively along the second segment 152. It may be directly adjacent to the surface 101.

第1の負荷電極310は、MCDのアノード端子として、IGFETのソース端子として、若しくはIGBTのエミッタ端子として有効となり得る第1の負荷端子L1を形成してもよく、又は第1の負荷端子L1に電気的に接続若しくは結合されてもよい。   The first load electrode 310 may form the first load terminal L1 that may be effective as the anode terminal of the MCD, as the source terminal of the IGFET, or as the emitter terminal of the IGBT, or may be connected to the first load terminal L1. It may be electrically connected or coupled.

第2の負荷電極320は、第2の面102及びドリフト構造130のベース部分139に直接隣接する。裏面の第2の負荷電極320は、MCDのカソード端子として、IGFETのドレイン端子として、若しくはIGBTのコレクタ端子として有効となり得る第2の負荷端子L2を形成してもよく、又は第2の負荷端子L2に電気的に接続、若しくは結合されてもよい。   The second load electrode 320 is directly adjacent to the second surface 102 and the base portion 139 of the drift structure 130. The second load electrode 320 on the back surface may form a second load terminal L2 that can be effective as a cathode terminal of the MCD, a drain terminal of the IGFET, or a collector terminal of the IGBT, or a second load terminal L2 may be electrically connected or coupled.

シールド領域140が、トレンチ構造150の下部に沿って形成されてもよく、例えば、トレンチ構造150の下部に直接隣接してもよい。シールド領域140は、ドリフト構造130と(例えば、ドリフトゾーン131と)第1のpn接合pn1を形成する。シールド領域140は、トレンチ構造150の垂直中心軸に対して対称でもよい。シールド領域140は、完全にトレンチ構造150の垂直突起内に存在してもよく、又はトレンチ構造150の垂直突起の中心部分にのみ形成されてもよい。シールド領域140における平均ドーパント濃度は、1E17cm−3〜2E19cm−3(例えば、8E17cm−3〜8E18cm−3)の範囲内でもよい。 The shield region 140 may be formed along the lower portion of the trench structure 150, and may be directly adjacent to the lower portion of the trench structure 150, for example. The shield region 140 forms a first pn junction pn1 with the drift structure 130 (eg, with the drift zone 131). The shield region 140 may be symmetric with respect to the vertical central axis of the trench structure 150. The shield region 140 may be completely within the vertical protrusion of the trench structure 150 or may be formed only at the central portion of the vertical protrusion of the trench structure 150. Mean dopant concentration in the shield region 140, 1E17cm -3 ~2E19cm -3 (e.g., 8E17cm -3 ~8E18cm -3) may be in the range of.

トレンチ構造150は、高濃度にドープされた(例えば、pドープ)多結晶シリコン及び/又は金属含有層を包含してもよく、又はそれ(ら)から構成されてもよい導電ゲート電極155を包含する。ゲート電極155は、ゲート端子を形成する、又はゲート端子に電気的に接続若しくは結合されるゲートメタライゼーションに電気的に接続されてもよい。   Trench structure 150 includes a conductive gate electrode 155 that may include or be composed of heavily doped (eg, p-doped) polycrystalline silicon and / or metal-containing layers. To do. The gate electrode 155 may be electrically connected to a gate metallization that forms a gate terminal or is electrically connected or coupled to the gate terminal.

ゲート誘電体153は、少なくとも第1のメサ側壁191に沿って、ゲート電極155を半導体本体100から分離する。ゲート誘電体153は、半導体誘電体(例えば、熱成長又は堆積された半導体酸化物(例えば、酸化ケイ素))、半導体窒化物(例えば、堆積又は熱成長された窒化ケイ素)、半導体酸窒化物(例えば、酸窒化ケイ素)、その他の堆積された誘電体材料、又はそれらの任意の組み合わせを包含してもよく、又はそれから構成されてもよい。ある実施形態によれば、ゲート誘電体153は、堆積後に高密度化及び部分的に窒化させた酸化ケイ素に基づく。ゲート誘電体153は、1.0V〜8Vの範囲内のトランジスタセルTCの閾値電圧のために形成されてもよい。   The gate dielectric 153 separates the gate electrode 155 from the semiconductor body 100 along at least the first mesa sidewall 191. The gate dielectric 153 includes a semiconductor dielectric (eg, thermally grown or deposited semiconductor oxide (eg, silicon oxide)), semiconductor nitride (eg, deposited or thermally grown silicon nitride), semiconductor oxynitride ( (E.g., silicon oxynitride), other deposited dielectric materials, or any combination thereof may be included or constructed. According to certain embodiments, the gate dielectric 153 is based on silicon oxide that has been densified and partially nitrided after deposition. The gate dielectric 153 may be formed for the threshold voltage of the transistor cell TC in the range of 1.0V to 8V.

トレンチ構造150は、シールド領域140と低抵抗インタフェースを形成する補助電極157をさらに包含する。例えば、補助電極157は、シールド領域140とオーミック接触(具体的には低オーミック接触)する。ある実施形態によれば、補助電極157は、シールド領域140に直接隣接してもよい。トレンチの下部における補助電極157とシールド領域140との間のインタフェースは、第1の面101に平行でもよい。補助電極157は、高濃度にドープされた(例えば、pドープ)多結晶シリコン及び/又は金属含有層を包含してもよく、又はそれ(ら)から構成されてもよい。   The trench structure 150 further includes an auxiliary electrode 157 that forms a low resistance interface with the shield region 140. For example, the auxiliary electrode 157 makes ohmic contact with the shield region 140 (specifically, low ohmic contact). According to some embodiments, the auxiliary electrode 157 may be directly adjacent to the shield region 140. The interface between the auxiliary electrode 157 and the shield region 140 at the bottom of the trench may be parallel to the first surface 101. The auxiliary electrode 157 may include or consist of heavily doped (eg, p-doped) polycrystalline silicon and / or a metal-containing layer.

補助電極157は、ゲート端子Gの電位及び第2の負荷端子L2の電位とは異なる電位に電気的に接続される。ある実施形態によれば、補助電極157は、第1の負荷端子L1、補助端子、又は内部ネットワークノードに電気的に接続される。   The auxiliary electrode 157 is electrically connected to a potential different from the potential of the gate terminal G and the potential of the second load terminal L2. According to an embodiment, the auxiliary electrode 157 is electrically connected to the first load terminal L1, the auxiliary terminal, or an internal network node.

分離誘電体156は、ゲート電極155から補助電極157を分離する。フィールド誘電体159は、ドリフト構造130から補助電極157を側方で分離してもよい。フィールド誘電体159は、トレンチ構造150の側壁に沿って形成されてもよく、及びトレンチ下部において開口部を有していてもよい。ある例では、フィールド誘電体159は、トレンチ構造150の側壁に沿ってのみ形成され、及び開口部は、トレンチ下部全体のサイズを有していてもよい。別の実施形態によれば、フィールド誘電体159は、トレンチ下部に沿って延在する部分を包含してもよく、残りの開口部は、トレンチ下部全体よりも小さい。   The isolation dielectric 156 separates the auxiliary electrode 157 from the gate electrode 155. The field dielectric 159 may laterally separate the auxiliary electrode 157 from the drift structure 130. The field dielectric 159 may be formed along the sidewall of the trench structure 150 and may have an opening at the bottom of the trench. In one example, the field dielectric 159 is formed only along the sidewalls of the trench structure 150, and the opening may have the size of the entire trench bottom. According to another embodiment, the field dielectric 159 may include a portion that extends along the trench bottom, with the remaining opening being smaller than the entire trench bottom.

フィールド誘電体159の厚さth2は、ゲート誘電体153の厚さth1よりも大きくてもよい。例えば、フィールド誘電体159の厚さth2は、ゲート誘電体153の厚さth1の少なくとも120%(例えば、少なくとも150%)でもよい。   The thickness th2 of the field dielectric 159 may be larger than the thickness th1 of the gate dielectric 153. For example, the thickness th2 of the field dielectric 159 may be at least 120% (eg, at least 150%) of the thickness th1 of the gate dielectric 153.

分離誘電体156及びフィールド誘電体159は、同じ構成を有していてもよく、及び/又は同じ材料を包含していてもよく、あるいは、異なる構成を有していてもよく、及び/又は異なる材料を包含していてもよい。例えば、分離誘電体156及びフィールド誘電体159は、堆積された酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、その他の堆積された誘電体材料、又はそれらの任意の組み合わせを包含してもよい。代替的に、又は堆積層に加えて、フィールド誘電体159は、熱成長された酸化ケイ素又は酸窒化ケイ素を包含してもよい。フィールド誘電体159の誘電破壊電圧は、ゲート誘電体153のものよりも大幅に高い。   Isolation dielectric 156 and field dielectric 159 may have the same configuration and / or may include the same material, may have different configurations, and / or are different. Materials may be included. For example, isolation dielectric 156 and field dielectric 159 may include deposited silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, other deposited dielectric materials, or any combination thereof. Alternatively, or in addition to the deposited layer, field dielectric 159 may include thermally grown silicon oxide or silicon oxynitride. The dielectric breakdown voltage of field dielectric 159 is significantly higher than that of gate dielectric 153.

トレンチ構造150の第1のセグメント151において、ゲート電極155は、補助電極157の埋込部分1571と、第1の面101と同一平面上にある平面との間に形成される。ゲート電極155は、埋込部分1571を第1の面101から引き離し、ゲート電極155は、第1のセグメント151においてトレンチ構造150の上部セクションを完全に充填し、及びトレンチ構造150の長手方向と平行に延在する第1のトレンチ側壁のゲート誘電体153の部分から、反対側のトレンチ側壁のゲート誘電体153の部分へと延在する。補助電極157の埋込部分1571は、トレンチ構造150の下部部分を完全に充填し、及びトレンチ構造150の第1のトレンチ側壁上のフィールド誘電体159の部分から、反対側のトレンチ側壁上のフィールド誘電体159の部分へと延在する。   In the first segment 151 of the trench structure 150, the gate electrode 155 is formed between the buried portion 1571 of the auxiliary electrode 157 and a plane that is on the same plane as the first surface 101. The gate electrode 155 pulls the buried portion 1571 away from the first surface 101, and the gate electrode 155 completely fills the upper section of the trench structure 150 in the first segment 151 and is parallel to the longitudinal direction of the trench structure 150. Extending from a portion of the gate dielectric 153 on the first trench sidewall to a portion of the gate dielectric 153 on the opposite trench sidewall. The buried portion 1571 of the auxiliary electrode 157 completely fills the lower portion of the trench structure 150 and from the portion of the field dielectric 159 on the first trench sidewall of the trench structure 150 to the field on the opposite trench sidewall. Extending to the dielectric 159 portion.

トレンチ構造150の第2のセグメント152では、ゲート電極155は、存在せず、及び補助電極157は、垂直経路によって第1の負荷電極に直接接続される。   In the second segment 152 of the trench structure 150, the gate electrode 155 is absent and the auxiliary electrode 157 is directly connected to the first load electrode by a vertical path.

ある実施形態によれば、補助電極157の接続部分1572が、埋込部分1571と、第1の面101との間に延在してもよく、補助接触構造317が、接続部分1572を第1の負荷電極310に電気的に接続する。接続部分1572は、第2のセグメント152の上部セクションを完全に充填してもよく、及びトレンチ構造150の第1のトレンチ側壁上のフィールド誘電体159の部分から、第2の反対側のトレンチ側壁上のフィールド誘電体159の部分へと延在してもよい。   According to some embodiments, the connecting portion 1572 of the auxiliary electrode 157 may extend between the embedded portion 1571 and the first surface 101, and the auxiliary contact structure 317 connects the connecting portion 1572 to the first. The load electrode 310 is electrically connected. The connecting portion 1572 may completely fill the upper section of the second segment 152 and from the portion of the field dielectric 159 on the first trench sidewall of the trench structure 150 to the second opposite trench sidewall. It may extend into the upper field dielectric 159 portion.

第2のセグメント152は、トレンチ構造150の水平長手方向に沿って、第1のセグメント151と交互に存在してもよく、水平長手方向は、第1の面101に平行である。水平長手方向に沿って、ゲート電極155を持たない第2のセグメント152に対する、ゲート電極155を持つ第1のセグメント151の長さ比は、少なくとも5:1(例えば、少なくとも10:1)でもよい。   The second segments 152 may alternately exist with the first segments 151 along the horizontal longitudinal direction of the trench structure 150, and the horizontal longitudinal direction is parallel to the first surface 101. A length ratio of the first segment 151 with the gate electrode 155 to the second segment 152 without the gate electrode 155 along the horizontal longitudinal direction may be at least 5: 1 (eg, at least 10: 1). .

オン状態では、パッシベーションゾーン129は、第2のメサ側壁192に沿って(これに沿って、電荷担体の移動度が、第1のメサ側壁191に沿った場合よりも大幅に低くてもよい)、チャネル形成を抑制することができる。オン状態では、負荷電極が、第1のメサ側壁191に沿ってのみ流れる。   In the on state, the passivation zone 129 is along the second mesa side wall 192 (along which the charge carrier mobility may be significantly lower than when along the first mesa side wall 191). Channel formation can be suppressed. In the on state, the load electrode flows only along the first mesa side wall 191.

阻止モードでは、第1のpn接合pn1に沿って延在する空乏ゾーンが、電流拡散ゾーン132内へと側方に延在し、及びゲート誘電体153における電界強度が3.5MV/cmを超えない(例えば、3MV/cmを超えない)ように、第2の負荷端子L2で印加される高電圧からゲート誘電体153をシールドする。トレンチ構造150の下部において補助電極157を通してシールド領域140に電気的に接続することは、比較例のメサ部分190におけるpドープ領域と比較して高効率で、アバランシェ破壊の場合に、第1のpn接合pn1を通るnドープドリフトゾーン131から電荷担体(例えば、ホール)を流出させる。従って、隣り合うトレンチ構造150間の距離は、有効トランジスタ面積が増加するように減少させることができる。   In the blocking mode, a depletion zone extending along the first pn junction pn1 extends laterally into the current spreading zone 132 and the electric field strength at the gate dielectric 153 exceeds 3.5 MV / cm. The gate dielectric 153 is shielded from the high voltage applied at the second load terminal L2 so that it is not present (eg, does not exceed 3 MV / cm). Electrical connection to the shield region 140 through the auxiliary electrode 157 at the bottom of the trench structure 150 is more efficient than the p-doped region in the mesa portion 190 of the comparative example, and in the case of avalanche breakdown, the first pn Charge carriers (eg, holes) flow out of the n-doped drift zone 131 that passes through the junction pn1. Accordingly, the distance between adjacent trench structures 150 can be reduced such that the effective transistor area increases.

電圧破壊は、シールド領域140に沿って止められ、その結果生じる破壊電流は、ドープされた単結晶炭化ケイ素よりも良好な導電率を持つ導電材料によって吸収されることが可能である。アバランシェの場合に、メサ部分190を通るあらゆる電荷担体の流れの不在が、nドープソースゾーン110、pドープ本体領域120、及びnドープドリフト構造130によって形成される寄生npnバイポーラ接合トランジスタをオンにすることを完全に抑制する。   The voltage breakdown is stopped along the shield region 140 and the resulting breakdown current can be absorbed by a conductive material having a better conductivity than doped single crystal silicon carbide. In the case of an avalanche, the absence of any charge carrier flow through the mesa portion 190 turns on the parasitic npn bipolar junction transistor formed by the n-doped source zone 110, the p-doped body region 120, and the n-doped drift structure 130. To completely suppress it.

トレンチ構造150の垂直突起にシールド領域140を配置することにより、開口トレンチの下部を通した注入によるシールド領域140の形成が容易になる。その結果、深いシールド領域140を、比較的低い加速エネルギーで形成することができる。より高濃度にドープされた電流拡散ゾーン132と組み合わせた深いシールド領域140により、オン状態抵抗のさらなる低下を容易にする側方補償構造を得ることができる。   By arranging the shield region 140 on the vertical protrusion of the trench structure 150, the shield region 140 can be easily formed by implantation through the lower portion of the opening trench. As a result, the deep shield region 140 can be formed with relatively low acceleration energy. A deep shield region 140 in combination with a more heavily doped current spreading zone 132 can provide a side compensation structure that facilitates further reduction of on-state resistance.

接続部分1572が、トレンチ構造150内のゲート電極155を、分離誘電体156によって接続部分1572から絶縁される分離したゲート部分に分割する。トレンチ構造150内の分離したゲート部分は、ゲート接続ラインを包含するメタライゼーション層において、互いに電気的に接続されてもよく、及び第1の負荷電極310を半導体本体100から分離する中間層誘電体210に埋め込まれてもよい。ある実施形態によれば、トレンチ構造150におけるゲート電極155の分離したゲート部分は、ゲート電極155の材料のゲート導体構造158によって、電気的に接続されてもよく、ゲート導体構造158は、第1の負荷電極310と第1の面101との間の平面に形成される。   Connection portion 1572 divides gate electrode 155 in trench structure 150 into separate gate portions that are insulated from connection portion 1572 by isolation dielectric 156. The isolated gate portions in the trench structure 150 may be electrically connected to each other in the metallization layer that includes the gate connection lines, and the intermediate dielectric that isolates the first load electrode 310 from the semiconductor body 100. It may be embedded in 210. According to some embodiments, the separated gate portions of the gate electrode 155 in the trench structure 150 may be electrically connected by a gate conductor structure 158 of the material of the gate electrode 155, the gate conductor structure 158 being a first conductor structure 158. Formed on a plane between the load electrode 310 and the first surface 101.

図4A〜4Eは、ゲート電極155の分離したゲート部分を電気的に接続するゲート導体構造158を備えた実施形態に関する。ゲート導体構造158は、第1の面101上又は第1の面101の上方に配置されてもよい。   4A-4E relate to embodiments with a gate conductor structure 158 that electrically connects the separated gate portions of the gate electrode 155. The gate conductor structure 158 may be disposed on the first surface 101 or above the first surface 101.

図4Aは、第1のセグメント151のゲート電極155の垂直突起において、第1の接続部分1581と、隣り合う第2のセグメント152間のメサ部分190の垂直突起において、第2のセグメント152と平行に延在する第2の接続部分1582とを包含するゲート導体構造158を示す。第1及び第2の接続部分1581、1582は、互いに隣接してもよい。図示された実施形態では、第3の接続部分1583が、第1及び第2の接続部分1581、1582を側方で接続する。第1の接続部分1581は、第1のセグメント151のゲート電極155の真上にあり、及びそれに接続されてもよい。第2の接続部分158は、メサ部分190の上方にあり、及びメサ部分190から間隔を空けてもよい。ゲート導体構造158は、隔離された補助接触構造317及びメサ接触構造315用の開口部を備えたグリッドを形成してもよい。   FIG. 4A shows a vertical projection of the gate electrode 155 of the first segment 151, which is parallel to the second segment 152 in the vertical projection of the first connection portion 1581 and the mesa portion 190 between the adjacent second segments 152. A gate conductor structure 158 including a second connection portion 1582 extending in FIG. The first and second connection portions 1581 and 1582 may be adjacent to each other. In the illustrated embodiment, a third connection portion 1583 connects the first and second connection portions 1581, 1582 laterally. The first connection portion 1581 may be directly above and connected to the gate electrode 155 of the first segment 151. The second connection portion 158 may be above the mesa portion 190 and spaced from the mesa portion 190. The gate conductor structure 158 may form a grid with openings for isolated auxiliary contact structures 317 and mesa contact structures 315.

図4Bに示されるように、ゲート導体構造158の第1の接続部分1581は、ゲート電極155の垂直突起内にある。高導電材料(例えば、金属含有材料)由来のソース接触プラグ316が、メサ部分190の長手方向中心軸に沿って形成されてもよく、及びメサ接触構造315に直接隣接してもよい。   As shown in FIG. 4B, the first connection portion 1581 of the gate conductor structure 158 is in the vertical protrusion of the gate electrode 155. A source contact plug 316 derived from a highly conductive material (eg, a metal-containing material) may be formed along the longitudinal central axis of the mesa portion 190 and may be directly adjacent to the mesa contact structure 315.

ソース接触プラグ316は、ソースゾーン110を通って本体領域120内に延在する。アバランシェの場合でさえ、電荷担体が本体領域120から殆ど流出されないので、ソースゾーン110への低オーミック接続を提供するように、ソース接触プラグ316を適合させてもよい。例えば、ソース接触プラグ316は、アルミニウム(Al)なしで形成されてもよい。例えば、ニッケル(Ni)由来の、又は薄いニッケルシリサイド(NiSi)層及び例えばタングステン(W)の補強部分の組み合わせを包含するソース接触プラグ316が、ソースゾーン110に対する低オーミック接触及び本体領域120のフローティングを防止するのに十分に高い導電率を提供する。   The source contact plug 316 extends through the source zone 110 and into the body region 120. Even in the case of an avalanche, the source contact plug 316 may be adapted to provide a low ohmic connection to the source zone 110 since little charge carriers will flow out of the body region 120. For example, the source contact plug 316 may be formed without aluminum (Al). For example, a source contact plug 316 that includes a combination of a nickel (Ni) -derived or thin nickel silicide (NiSi) layer and a reinforcing portion of, for example, tungsten (W) provides low ohmic contact to the source zone 110 and floating of the body region 120. Provide a sufficiently high conductivity to prevent

図4Cは、ゲート導体構造158の第2の接続部分1582が、メサ部分190の垂直突起内にあることを示す。ソース接触プラグ316は、第2の接続部分1582の垂直突起内にも形成されてもよい。   FIG. 4C shows that the second connection portion 1582 of the gate conductor structure 158 is within the vertical protrusion of the mesa portion 190. The source contact plug 316 may also be formed in the vertical protrusion of the second connection portion 1582.

図4Dによれば、補助接触構造317が、第2のセグメント152の補助電極157の接続部分1572を第1の負荷電極310に電気的に接続する。分離誘電体156は、補助電極157の接続部分1572をゲート電極155から側方で分離する垂直部分を包含する。   According to FIG. 4D, the auxiliary contact structure 317 electrically connects the connecting portion 1572 of the auxiliary electrode 157 of the second segment 152 to the first load electrode 310. The isolation dielectric 156 includes a vertical portion that laterally isolates the connection portion 1572 of the auxiliary electrode 157 from the gate electrode 155.

図4Eは、ゲート導体構造158の第2の接続部分1582の長手方向延在部全体を示す。埋込ソース接触プラグ316は、連続的に、且つメサ部分190の長手方向に沿って間隙なしに形成される。   FIG. 4E shows the entire longitudinal extension of the second connection portion 1582 of the gate conductor structure 158. The buried source contact plug 316 is formed continuously and without a gap along the length of the mesa portion 190.

図3A及び3Bに図示されたような結晶方位を持つ4H−SiC半導体本体100において、第1のメサ側壁191は、第2のメサ側壁192よりも大幅に高い電荷担体の移動度を示してもよい。第2のメサ側壁192に沿った本体領域120を通る反転チャネルの形成は、トレンチ方向が第1の面101のオフオリエンテーション方向に直角である場合に、均一な閾値電圧を達成するために抑制されてもよい。例えば、全てのソースゾーン110が、第2のメサ側壁192から間隔を空け、第2のメサ側壁192に直接隣接する本体領域120の部分のドーパント濃度が、例えば図3Bに示されるパッシベーションゾーン129によって、大幅に高められてもよく、又はゲート誘電体153の厚さが、第1のメサ側壁191に沿った場合よりも、第2のメサ側壁192に沿って大幅に大きくてもよい。   In the 4H—SiC semiconductor body 100 having a crystal orientation as illustrated in FIGS. 3A and 3B, the first mesa side wall 191 may exhibit charge carrier mobility that is significantly higher than the second mesa side wall 192. Good. The formation of inversion channels through the body region 120 along the second mesa sidewall 192 is suppressed to achieve a uniform threshold voltage when the trench direction is perpendicular to the off-orientation direction of the first surface 101. May be. For example, all source zones 110 are spaced from the second mesa sidewall 192, and the dopant concentration in the portion of the body region 120 that is directly adjacent to the second mesa sidewall 192 is reduced by the passivation zone 129 shown in FIG. 3B, for example. May be significantly increased, or the thickness of the gate dielectric 153 may be significantly greater along the second mesa side wall 192 than when along the first mesa side wall 191.

図5A及び5Bでは、第2のメサ側壁192が、第1のメサ側壁191と平行であり、及びメサ側壁191、192の両方が、電荷担体の移動度が第1及び第2のメサ側壁191、192に沿ってほぼ等しいように、軸外角度α分だけ法線104に対して傾斜している。例えば、図5A及び5Bのトレンチ構造150は、有向のイオンビームエッチングを用いて形成されてもよく、有向のイオンビームは、軸外角度α分だけ法線104に対して傾斜した角度で当たる。   In FIGS. 5A and 5B, the second mesa side wall 192 is parallel to the first mesa side wall 191 and both the mesa side walls 191 and 192 have a charge carrier mobility of the first and second mesa side walls 191. , 192 and the normal 104 by the off-axis angle α. For example, the trench structure 150 of FIGS. 5A and 5B may be formed using directed ion beam etching, where the directed ion beam is tilted with respect to the normal 104 by an off-axis angle α. Hit it.

図6A及び6Bでは、半導体デバイス500は、pドープ本体領域120を備えたnチャネル電界効果トランジスタである。<0001>主結晶軸は、(11−20)主結晶面の方向に軸外角度α分だけ法線104に対して傾斜する。トレンチ構造150の水平長手方向軸が、<11−20>結晶方向の垂直平面内にあり、並びに、垂直の第1及び第2のメサ側壁191、192は、(−1100)及び(1−100)結晶面である。両結晶面における電荷担体の移動度は、第1及び第2のメサ側壁191、192両方の使用が、(11−20)結晶面に対してより低い電荷担体の移動度を過補償するように、ほぼ等しい。   In FIGS. 6A and 6B, the semiconductor device 500 is an n-channel field effect transistor with a p-doped body region 120. The <0001> main crystal axis is inclined with respect to the normal 104 by an off-axis angle α in the direction of the (11-20) main crystal plane. The horizontal longitudinal axis of the trench structure 150 is in the vertical plane of the <11-20> crystal direction, and the vertical first and second mesa sidewalls 191, 192 are (−1100) and (1-100) ) Crystal plane. The mobility of charge carriers in both crystal planes is such that the use of both the first and second mesa sidewalls 191, 192 overcompensates for lower charge carrier mobility relative to the (11-20) crystal plane. Almost equal.

図7A及び7Bでは、半導体デバイス500は、<0001>主結晶軸が、<1−100>結晶軸の方向に軸外角度α分だけ傾斜した、別のnチャネル電界効果トランジスタである。トレンチ構造150の長手方向軸は、<1−100>結晶方向と平行であり、並びに、垂直の第1及び第2のメサ側壁191、192は、ほぼ同じ電荷担体の移動度を持つ(11−20)及び(−1−120)結晶面である。   7A and 7B, the semiconductor device 500 is another n-channel field effect transistor in which the <0001> main crystal axis is inclined by an off-axis angle α in the direction of the <1-100> crystal axis. The longitudinal axis of the trench structure 150 is parallel to the <1-100> crystal direction, and the vertical first and second mesa sidewalls 191, 192 have approximately the same charge carrier mobility (11− 20) and (-1-120) crystal plane.

図7Bでは、補助電極157が、インタフェース層1575を包含する。インタフェース層1575は、シールド領域140との低抵抗接触(例えば、オーミック接触)の一部を形成する。例えば、インタフェース層1575は、シールド領域140と直接隣接してもよい。インタフェース層1575は、少なくとも5nm(例えば、少なくとも10nm)の厚さを有してもよく、及び少なくとも1つの金属(例えば、アルミニウム)を包含してもよい。ある実施形態によれば、インタフェース層1575は、窒化アルミニウム又はアルミニウムチタンの層を包含する。補助電極157のさらなる部分が、一例として、高濃度にドープされた(例えば、pドープ)多結晶シリコンで作られてもよい。   In FIG. 7B, the auxiliary electrode 157 includes an interface layer 1575. The interface layer 1575 forms part of a low resistance contact (eg, ohmic contact) with the shield region 140. For example, the interface layer 1575 may be directly adjacent to the shield region 140. Interface layer 1575 may have a thickness of at least 5 nm (eg, at least 10 nm) and may include at least one metal (eg, aluminum). According to certain embodiments, interface layer 1575 includes a layer of aluminum nitride or aluminum titanium. A further portion of the auxiliary electrode 157 may be made of, for example, heavily doped (eg, p-doped) polycrystalline silicon.

図8A及び8Bでは、B−B線及びB’−B’線に沿った断面が、1つ又は複数の詳細において(例えば、横寸法に対して、及びソースゾーン110の部分の有無に対して)互いに同一でもよく、又は互いに異なってもよい。   In FIGS. 8A and 8B, cross sections along lines BB and B′-B ′ are shown in one or more details (eg, for lateral dimensions and for the presence or absence of portions of source zone 110). ) May be the same as or different from each other.

トレンチ構造150は、炭化ケイ素本体100の前面の第1の面101から前記炭化ケイ素本体100内に延在する。トレンチ構造150は、第2のストライプ部分162の第2のセットと交差する第1のストライプ部分161の第1のセットを包含するグリッドを形成する。あるセットのストライプ部分161、162は、互いに平行に伸びてもよく、又はあるセットは、ストライプ部分の非平行対称対を包含してもよく、対称対のストライプ部分は、中間中心軸に対して互いに対称である。   The trench structure 150 extends from the first surface 101 of the front surface of the silicon carbide body 100 into the silicon carbide body 100. The trench structure 150 forms a grid that includes a first set of first stripe portions 161 that intersect a second set of second stripe portions 162. A set of stripe portions 161, 162 may extend parallel to each other, or a set may include non-parallel symmetric pairs of stripe portions, where the symmetric pairs of stripe portions are Symmetric to each other.

第1のストライプ部分161は、一定の距離で第2のストライプ部分162と交差してもよい。ストライプ部分161、162は、真っ直ぐでもよく、又は蛇行していてもよく、蛇行したストライプ部分161、162は、反復する一連の屈曲を包含してもよい。   The first stripe portion 161 may intersect the second stripe portion 162 at a certain distance. The stripe portions 161, 162 may be straight or serpentine, and the serpentine stripe portions 161, 162 may include a series of repeating bends.

図示された実施形態では、第1のストライプ部分161は、真っ直ぐ及び互いに平行であり、並びに、互いに平行に伸びる真っ直ぐな第2のストライプ部分162と直交に交差する。   In the illustrated embodiment, the first stripe portions 161 are straight and parallel to each other, and intersect orthogonally with the straight second stripe portions 162 that extend parallel to each other.

トレンチ構造150は、補助電極157及びゲート電極155を包含してもよいが、ゲート電極155は、補助電極157と、第1の面101が広がる平面との間の垂直方向に沿って、配置されてもよい。シールド領域140は、トレンチ構造150の下部において、補助電極157に直接隣接してもよい。シールド領域140は、補助電極157と低オーミック接触を形成してもよく、及び炭化ケイ素本体100のドリフト構造130と第1のpn接合pn1を形成してもよい。   Although the trench structure 150 may include an auxiliary electrode 157 and a gate electrode 155, the gate electrode 155 is disposed along a vertical direction between the auxiliary electrode 157 and a plane in which the first surface 101 extends. May be. The shield region 140 may be directly adjacent to the auxiliary electrode 157 below the trench structure 150. The shield region 140 may form a low ohmic contact with the auxiliary electrode 157, and may form the first pn junction pn1 with the drift structure 130 of the silicon carbide body 100.

ドリフト構造130は、トレンチ構造150と、炭化ケイ素本体100の裏面の第2の面102との間に形成されてもよく、及び低ドープドリフトゾーン131を包含してもよい。   The drift structure 130 may be formed between the trench structure 150 and the second surface 102 on the back surface of the silicon carbide body 100 and may include a lightly doped drift zone 131.

トレンチ構造150の2つの隣り合う第1のストライプ形状部分161及び2つの隣り合う第2のストライプ形状部分162の間に、炭化ケイ素本体100のメサ部分190が形成される。メサ部分190の水平断面は、一例として、矩形(例えば、正方形)、ひし形、六角形、又は八角形でもよい。水平断面の縁は、鋭くてもよく、面取りがされていてもよく、又は丸味を帯びていてもよい。   A mesa portion 190 of the silicon carbide body 100 is formed between two adjacent first stripe-shaped portions 161 and two adjacent second stripe-shaped portions 162 of the trench structure 150. The horizontal cross section of the mesa portion 190 may be, for example, a rectangle (eg, a square), a diamond, a hexagon, or an octagon. The edges of the horizontal section may be sharp, beveled or rounded.

メサ部分190では、本体領域120が、メサ部分190の水平断面全体にわたって延在してもよい。本体領域120は、ドリフト構造130(例えば、低ドープドリフトゾーン131又は電流拡散ゾーン)と第2のpn接合pn2を形成する。本体領域120は、ソースゾーン110と第3のpn接合pn3を形成する。   In mesa portion 190, body region 120 may extend across the entire horizontal cross section of mesa portion 190. The body region 120 forms a drift structure 130 (eg, a lightly doped drift zone 131 or current spreading zone) and a second pn junction pn2. The body region 120 forms the source zone 110 and the third pn junction pn3.

ソースゾーン110は、本体領域120と第1の面101との間に形成されてもよい。ソースゾーン110及び本体領域120の高濃度にドープされた接触部分128は、ストライプ形状でもよく、並びにメサ部分190が小さな水平断面積を有して形成され得るように、メサ部分190の上面191に沿って並んで形成されてもよい。   The source zone 110 may be formed between the main body region 120 and the first surface 101. The heavily doped contact portion 128 of the source zone 110 and the body region 120 may be striped and on the top surface 191 of the mesa portion 190 so that the mesa portion 190 can be formed with a small horizontal cross-sectional area. It may be formed side by side.

別の実施形態によれば、ソースゾーン110は、メサ部分190の外周全体に沿って延在してもよく、及び上面191に沿って接触部分128を完全に取り囲んでもよく、本体領域120に形成される反転チャネルは、メサ部分190の外周全体に沿ってソースゾーン110に直接接続されてもよい。   According to another embodiment, the source zone 110 may extend along the entire outer periphery of the mesa portion 190 and may completely surround the contact portion 128 along the top surface 191 and formed in the body region 120. The inverted channel may be connected directly to the source zone 110 along the entire circumference of the mesa portion 190.

接触部分128は、第1の面101から本体領域120の主要部分125まで延在してもよく、接触部分128は、主要部分125よりも高いドーパント濃度を有してもよく、及び主要部分125は、接触部分128をトレンチ構造150から、ドリフト構造130から、又はその両方から分離する。例えば、接触部分128における最大ドーパント濃度は、主要部分125における最大ドーパント濃度の少なくとも2倍でもよい。   Contact portion 128 may extend from first surface 101 to main portion 125 of body region 120, contact portion 128 may have a higher dopant concentration than main portion 125, and main portion 125. Separates the contact portion 128 from the trench structure 150, from the drift structure 130, or both. For example, the maximum dopant concentration in contact portion 128 may be at least twice the maximum dopant concentration in main portion 125.

ゲート誘電体153は、メサ部分190の上側セクションの外周全体に沿って形成されてもよく、上側セクションは、本体領域120を包含する。ゲート誘電体153は、酸化ケイ素から形成されてもよく、又は酸化ケイ素及び/若しくは3.9を超える誘電率を持つ誘電材料を包含してもよい。   The gate dielectric 153 may be formed along the entire outer periphery of the upper section of the mesa portion 190, which includes the body region 120. The gate dielectric 153 may be formed from silicon oxide or may include silicon oxide and / or a dielectric material having a dielectric constant greater than 3.9.

半導体デバイス500のオン状態では、反転チャネルが、メサ部分190の3つ以上の面上に(例えば、3つの面上に)、又はメサ部分190の外周全体に沿って生じてもよく、面積単位当たりの有効全チャネル幅は、ストライプ形状のメサ部分のものよりも大きくすることができる。より大きな全チャネル幅は、オン状態抵抗RDSonを低下させる。   In the on state of the semiconductor device 500, inversion channels may occur on more than two surfaces of the mesa portion 190 (eg, on three surfaces) or along the entire outer periphery of the mesa portion 190 in area units. The effective total channel width per hit can be greater than that of the striped mesa portion. A larger overall channel width reduces the on-state resistance RDSon.

フィールド誘電体159は、補助電極157をドリフト構造130から側方で分離してもよい。フィールド誘電体159は、トレンチ構造150に沿って生じる最大電界強度に耐えるように形成されてもよく、及びゲート誘電体153よりも厚みがあってもよく、及び/又はゲート誘電体153の材料よりも低い誘電率(例えば、3.9未満)の材料を包含してもよい。例えば、フィールド誘電体159は、窒化ケイ素Siを包含してもよく、又は窒化ケイ素Siから構成されてもよい。 Field dielectric 159 may laterally separate auxiliary electrode 157 from drift structure 130. The field dielectric 159 may be formed to withstand the maximum electric field strength that occurs along the trench structure 150 and may be thicker than the gate dielectric 153 and / or from the material of the gate dielectric 153. May include materials with low dielectric constants (eg, less than 3.9). For example, the field dielectric 159 may include silicon nitride Si 3 N 4 or may be composed of silicon nitride Si 3 N 4 .

第1の負荷電極310は、メサ部分190の上面191に直接隣接してもよい。炭化ケイ素がシリコンよりも高いバンドギャップを示すので、炭化ケイ素トランジスタセルは、ラッチアップを起こしにくく、並びにソースゾーン110及び接触部分128の横方向のアライメントは、シリコンデバイスの場合と比較して、あまり重要ではない。第1の負荷電極310は、ソースゾーン110と本体領域120とに対して平面オーミック接触を形成してもよく、及びトレンチ接触の複雑な加工を避けることができる。   The first load electrode 310 may be directly adjacent to the top surface 191 of the mesa portion 190. Since silicon carbide exhibits a higher bandgap than silicon, silicon carbide transistor cells are less prone to latch-up, and the lateral alignment of source zone 110 and contact portion 128 is less than that of silicon devices. It does not matter. The first load electrode 310 may form a planar ohmic contact with the source zone 110 and the body region 120, and complicated processing of the trench contact can be avoided.

補助電極157は、トランジスタセルTCを包含するトランジスタセルアレイ外のトレンチ構造150の端部において、及び/又はトランジスタアレイ内の選択された位置において、第1の負荷電極310に電気的に接続されてもよい。例えば、補助電極157は、トレンチ構造150の上部から下部へと延在する接続部分を包含してもよい。接続部分は、ストライプ部分161、162の1つにおいてゲート電極155を局所的に中断してもよい。接続部分は、ストライプ部分161、162の1つにおけるゲート電極155の局所的中断が、隣接したストライプ部分161、162におけるゲート電極155の連続部分によってバイパスされるように配置されてもよい。   The auxiliary electrode 157 may be electrically connected to the first load electrode 310 at the end of the trench structure 150 outside the transistor cell array including the transistor cell TC and / or at a selected position in the transistor array. Good. For example, the auxiliary electrode 157 may include a connection portion extending from the upper part to the lower part of the trench structure 150. The connecting portion may locally interrupt the gate electrode 155 in one of the stripe portions 161 and 162. The connecting portion may be arranged such that a local interruption of the gate electrode 155 in one of the stripe portions 161, 162 is bypassed by a continuous portion of the gate electrode 155 in the adjacent stripe portion 161, 162.

裏側の第2の負荷電極320は、ドリフト構造130のベース部分139に直接接触してもよい。ベース部分139は、第2の負荷電極320とオーミック接触を形成してもよく、及びドリフトゾーン131に直接隣接してもよい。   The backside second load electrode 320 may be in direct contact with the base portion 139 of the drift structure 130. Base portion 139 may form ohmic contact with second load electrode 320 and may be directly adjacent to drift zone 131.

シールド領域140の形状は、オン状態電流の比較的小さなカウンタードープ通路によって穿孔されるが、第2の負荷電極320の電位に対してシールド領域140が高効率で本体領域120をシールドできるように、残りの部分においてドリフト構造130に対して比較的平坦なインタフェースを持つ平らな水平層の形状でもよい。   The shape of the shield region 140 is perforated by a counter-doped path with a relatively small on-state current, but the shield region 140 can shield the body region 120 with high efficiency against the potential of the second load electrode 320. It may be in the form of a flat horizontal layer with a relatively flat interface to the drift structure 130 in the remaining part.

大きなカウンタードープ通路を備えた、及び/又はドリフト構造130とのインタフェースに段差を持つシールド構造と比較して、シールド領域140は、電界のより均一な分布を提供することができる。均一な電界は、半導体デバイス500の電圧阻止能力及び放射線硬度を向上させる。   Compared to a shield structure with a large counter-doping path and / or a step at the interface with the drift structure 130, the shield region 140 can provide a more uniform distribution of the electric field. A uniform electric field improves the voltage blocking capability and radiation hardness of the semiconductor device 500.

効率的なシールドは、本体領域120の垂直延在部及びトランジスタセルの反転チャネルの長さを減少させることができるように、本体領域120に対する空乏ゾーンの影響も減少させる。炭化ケイ素において、反転チャネルの抵抗が、少なくとも1700V以下の公称阻止電圧の半導体デバイスに関してオン状態抵抗を支配するので、オン状態抵抗RDSonを大幅に低下させるために、効果的な層状シールド領域140を使用することができる。この効果は、反転チャネルにメサ部分190の3つ以上の面を用いることによるチャネル幅の増加を増大させる。   An efficient shield also reduces the effect of the depletion zone on the body region 120 so that the length of the vertical extension of the body region 120 and the inversion channel of the transistor cell can be reduced. In silicon carbide, an effective layered shield region 140 is used to significantly reduce the on-state resistance RDSon because the resistance of the inversion channel dominates the on-state resistance for semiconductor devices with a nominal blocking voltage of at least 1700V or less. can do. This effect increases the channel width increase by using more than two faces of mesa portion 190 for the inversion channel.

非常に効果的なシールド領域140は、第2のpn接合pn2に沿ったドリフト構造130の領域において、より高いドーピングをさらに可能にすることができる。より高いドーピングは、ドリフト構造130を流れるオン状態電流の横方向分布を向上させ、及びオン状態抵抗RDSonをさらに低下させることができる。シールド領域140は、トランジスタセルTCの閾値電圧に対する第2の負荷電極320の電位の影響が低いままであるように、ドレイン誘導障壁低下(DIBL)をさらに低下させる。   A very effective shield region 140 may further allow higher doping in the region of the drift structure 130 along the second pn junction pn2. Higher doping can improve the lateral distribution of the on-state current flowing through the drift structure 130 and further reduce the on-state resistance RDSon. The shield region 140 further reduces drain induced barrier lowering (DIBL) so that the influence of the potential of the second load electrode 320 on the threshold voltage of the transistor cell TC remains low.

短絡状態においても、シールド領域140は、本体領域120を効果的にシールドし、及びチャネル長さの減少を少なくする。チャネル長さの減少がドレイン電流の増加をもたらすので、チャネル長さの減少を避けることによって、シールド領域は、効果的に短絡耐久性を向上させる。   Even in a short circuit condition, the shield region 140 effectively shields the body region 120 and reduces channel length reduction. Since the decrease in channel length results in an increase in drain current, the shield region effectively improves short circuit durability by avoiding a decrease in channel length.

シールド領域140は、炭化ケイ素結晶外の低インピーダンス経路を通して第1の負荷電極310に直接接続されるので、シールド領域140は、効率的なボディダイオードとして使用することができる。低インピーダンス経路の電気抵抗は、トランジスタセルTCのスイッチングによってトリガされ得る発振を減衰させる。   Since the shield region 140 is directly connected to the first load electrode 310 through a low impedance path outside the silicon carbide crystal, the shield region 140 can be used as an efficient body diode. The electrical resistance of the low impedance path attenuates oscillations that can be triggered by switching of the transistor cell TC.

シールド領域140を通る電圧破壊は、生成されたホールが補助電極157を通る低オーミック経路に沿って第1の負荷電極310に到達することをもたらす。ゲート誘電体153及びフィールド誘電体159は、ゲート誘電体153及び/又はフィールド誘電体159に近い炭化ケイ素結晶の部分における電荷担体の生成に起因する悪影響を受けないままである。   The voltage breakdown through the shield region 140 results in the generated holes reaching the first load electrode 310 along a low ohmic path through the auxiliary electrode 157. Gate dielectric 153 and field dielectric 159 remain unaffected by the creation of charge carriers in the portion of the silicon carbide crystal close to gate dielectric 153 and / or field dielectric 159.

シールド領域140は、逆伝達容量Crssをさらに低下させることができ、低Crssは、さらに高速なスイッチングサイクル及び/又はより低いスイッチング損失を可能にする。一方、シールド領域140は、ドレイン−ソース間電圧VDSの変動及びノイズの観点から半導体デバイス500のより安定した挙動を提供するゲート−ソース間コンデンサの一部を形成する。   The shield region 140 can further reduce the reverse transfer capacity Crss, and the low Crss allows for faster switching cycles and / or lower switching losses. On the other hand, the shield region 140 forms part of a gate-source capacitor that provides a more stable behavior of the semiconductor device 500 in terms of fluctuations in the drain-source voltage VDS and noise.

図9A及び9Bでは、ゲート電極155は、トレンチ下部に至るまで延在し、及びフィールド誘電体159の部分が、シールド領域140をゲート電極155から分離する。フィールド誘電体159は、ゲート誘電体153よりも大きな厚さを有していてもよい。第1のメサ部分191は、トランジスタセルTCの本体領域120及びソースゾーン110を包含してもよい。第2のメサ部分192は、シールド領域140の導電型のダイオード領域127を包含してもよい。ダイオード領域127は、シールド領域140を第1の負荷電極310に接続してもよい。   In FIGS. 9A and 9B, the gate electrode 155 extends to the bottom of the trench, and a portion of the field dielectric 159 separates the shield region 140 from the gate electrode 155. Field dielectric 159 may have a greater thickness than gate dielectric 153. The first mesa portion 191 may include the body region 120 and the source zone 110 of the transistor cell TC. The second mesa portion 192 may include a conductive type diode region 127 of the shield region 140. The diode region 127 may connect the shield region 140 to the first load electrode 310.

ドリフト構造130は、本体領域120に直接隣接する電流拡散ゾーン132を包含してもよい。電流拡散ゾーン132は、ドリフトゾーン131の導電型を有し、及びオン状態電荷担体の流れを水平に分布させる。電流拡散ゾーン132は、シールド領域140の隣り合う部分間で生じる接合電界効果を低下させることができ、又は接合電界効果の強さを調節するために使用することができる。   The drift structure 130 may include a current spreading zone 132 immediately adjacent to the body region 120. The current spreading zone 132 has the conductivity type of the drift zone 131 and distributes the flow of on-state charge carriers horizontally. The current spreading zone 132 can reduce the junction field effect that occurs between adjacent portions of the shield region 140 or can be used to adjust the strength of the junction field effect.

トレンチ構造150は、垂直側壁、垂直方向に対して傾斜した側壁、又は隆起した側壁を有していてもよい。トレンチ構造150のストライプ部分161、162は、第1の面101までの距離が増加するにつれてテーパー状になってもよく、シールド領域140の隣り合う部分間の接合電界効果を低下させることができる。あるいは、トレンチ構造150のストライプ部分161、162は、第1の面101までの距離が減少するにつれてテーパー状になってもよく、シールド領域140の隣り合う部分間の接合電界効果及びシールド領域140のシールド効率をさらに増大させることができる。   The trench structure 150 may have vertical sidewalls, sidewalls that are inclined with respect to the vertical direction, or raised sidewalls. The stripe portions 161 and 162 of the trench structure 150 may be tapered as the distance to the first surface 101 increases, and the junction field effect between adjacent portions of the shield region 140 can be reduced. Alternatively, the stripe portions 161 and 162 of the trench structure 150 may taper as the distance to the first surface 101 decreases, and the junction field effect between adjacent portions of the shield region 140 and the shield region 140 may be reduced. The shield efficiency can be further increased.

図10Aは、水平断面がひし形であるメサ部分190を示す。トレンチ構造150は、平行な第1のストライプ部分161と、傾斜角γで第1のストライプ部分161と交差する平行な第2のストライプ部分162とを包含し、傾斜角γは、90°未満及び少なくとも10°でもよい。第1のストライプ部分161及び第2のストライプ部分162は共に、真っ直ぐなストライプである。   FIG. 10A shows a mesa portion 190 whose diamond has a horizontal cross section. The trench structure 150 includes a parallel first stripe portion 161 and a parallel second stripe portion 162 that intersects the first stripe portion 161 at an inclination angle γ, the inclination angle γ being less than 90 ° and It may be at least 10 °. Both the first stripe portion 161 and the second stripe portion 162 are straight stripes.

図10Bは、水平断面が正六角形であるメサ部分190を示す。トレンチ構造150は、平行な第1のストライプ部分161と、第1のストライプ部分161と交差する第2のストライプ部分162とを包含する。第2のストライプ部分162のセットは、第2のストライプ部分162の対称対を包含し、対称対の第2のストライプ部分162は、中間対称軸に対して互いに対称である。第1のストライプ部分161のセクションは、第2のストライプ部分162のセクションと重なってもよい。第1のストライプ161及び第2のストライプ162は、蛇行したストライプである。   FIG. 10B shows a mesa portion 190 whose horizontal cross section is a regular hexagon. The trench structure 150 includes a parallel first stripe portion 161 and a second stripe portion 162 that intersects the first stripe portion 161. The set of second stripe portions 162 includes a symmetric pair of second stripe portions 162, and the second stripe portions 162 of the symmetric pair are symmetric with respect to the intermediate symmetry axis. The section of the first stripe portion 161 may overlap the section of the second stripe portion 162. The first stripe 161 and the second stripe 162 are meandering stripes.

図11及び12A〜12Gは、炭化ケイ素デバイスの製造方法の実施形態例を示す。炭化ケイ素デバイスは、本明細書において、具体的には、図1、2A、2B、2C、2D、3A、3B、3C、4A、4B、4C、4D、4E、5A、5B、6A、6B、7A、7B、8A、8B、9A、9B、10A、及び10Bの実施形態に関連して記載されたような半導体デバイスでもよい。反対に、本明細書に記載される半導体デバイスは、図11及び12A〜12Gの実施形態に関連して記載される方法を用いて製造されてもよい。   11 and 12A-12G illustrate an example embodiment of a method for manufacturing a silicon carbide device. Silicon carbide devices are specifically referred to herein as FIGS. 1, 2A, 2B, 2C, 2D, 3A, 3B, 3C, 4A, 4B, 4C, 4D, 4E, 5A, 5B, 6A, 6B, It may be a semiconductor device as described in connection with the 7A, 7B, 8A, 8B, 9A, 9B, 10A, and 10B embodiments. Conversely, the semiconductor devices described herein may be manufactured using the methods described in connection with the embodiments of FIGS. 11 and 12A-12G.

図11によれば、トレンチゲート電極を包含するトランジスタセルTCを備えた炭化ケイ素デバイスの製造方法は、炭化ケイ素基板の処理面にトレンチを形成すること(912)を包含し、半導体基板は、ドリフト層と第2のpn接合を形成する本体層を包含し、並びにトレンチは、本体層を通って延在し、及びドリフト層構造を露出させる。トレンチの下部を通してドーパントが注入されることによって、シールド領域が形成され(914)、シールド領域は、ドリフト層構造と第1のpn接合を形成する。誘電体スペーサが、トレンチ750の両長辺に形成される(916)。導電材料が堆積されることにより、シールド領域と低抵抗接触を形成する補助電極の埋込部分が形成される(918)。本方法は、比較的少ない付加的努力で、比較的深いシールド領域を提供する。   According to FIG. 11, a method for manufacturing a silicon carbide device with a transistor cell TC including a trench gate electrode includes forming a trench in a processing surface of a silicon carbide substrate (912), wherein the semiconductor substrate is drifted. A body layer is formed that forms a second pn junction with the layer, and a trench extends through the body layer and exposes the drift layer structure. A dopant is implanted through the bottom of the trench to form a shield region (914), which forms a first pn junction with the drift layer structure. Dielectric spacers are formed on both long sides of the trench 750 (916). A conductive material is deposited to form a buried portion of the auxiliary electrode that forms a low resistance contact with the shield region (918). The method provides a relatively deep shield area with relatively little additional effort.

図12A〜12Gは、炭化ケイ素基板700に基づいて炭化ケイ素デバイスを製造する方法に関する。炭化ケイ素基板700は、4H−SiCで作られてもよく、及び一例として、のこ引きによってシリコンインゴットから得られた炭化ケイ素スライスでもよい、高濃度にドープされたベース基板705を包含してもよい。ベース基板705は、例えば、高濃度にドープ(例えば、高濃度nドープ)されてもよい。ベース基板705と単極接合を形成するドリフト層構造730は、例えばエピタキシーによってベース基板705の処理面上に形成されてもよい。ドリフト層構造730とは反対の導電型の本体層720が、例えば、エピタキシーによって、又はドーパントを注入することによって、ドリフト層構造730の上面上に形成されてもよい。ドリフト層構造730の導電型のソース層710が、例えば、先に成長させた本体層720の部分にドナーを注入することによって、又は堆積によって(例えば、エピタキシーによって)、本体層720上に形成されてもよい。ソース層710は、後の処理段階で形成されてもよい。   12A-12G relate to a method of manufacturing a silicon carbide device based on a silicon carbide substrate 700. FIG. Silicon carbide substrate 700 may include a heavily doped base substrate 705 that may be made of 4H—SiC and, as an example, may be a silicon carbide slice obtained from a silicon ingot by sawing. Good. The base substrate 705 may be doped at a high concentration (for example, at a high concentration n doping), for example. The drift layer structure 730 that forms a monopolar junction with the base substrate 705 may be formed on the processing surface of the base substrate 705 by, for example, epitaxy. A body layer 720 of the opposite conductivity type to the drift layer structure 730 may be formed on the top surface of the drift layer structure 730, for example, by epitaxy or by implanting a dopant. A conductivity type source layer 710 of the drift layer structure 730 is formed on the body layer 720, for example, by implanting a donor into a previously grown portion of the body layer 720 or by deposition (eg, by epitaxy). May be. The source layer 710 may be formed at a later processing stage.

ある実施形態によれば、本体層720の導電型の高濃度にドープされた接触部分は、例えば、イオン注入によって形成されてもよい。接触部分は、炭化ケイ素基板700の処理面701から本体層720に至るまで、又は本体層720の内部へと延在してもよい。   According to some embodiments, the heavily doped contact portion of the conductivity type of the body layer 720 may be formed, for example, by ion implantation. The contact portion may extend from the processing surface 701 of the silicon carbide substrate 700 to the main body layer 720 or into the main body layer 720.

マスク層は、ソース層710の処理面701上に、又は該当する場合、本体層720上に堆積される。フォトリソグラフィにより、マスク層からトレンチマスク790が形成される。1つのグリッド状トレンチ又は複数のストライプ形状トレンチ750が、トレンチマスク790の1つ又は複数の開口部の垂直突起に形成され、1つ又は複数のトレンチ750は、本体層720を通って、及びドリフト層構造730の内部へと延在する。   The mask layer is deposited on the processing surface 701 of the source layer 710 or, if applicable, on the body layer 720. A trench mask 790 is formed from the mask layer by photolithography. A grid-like trench or a plurality of stripe-shaped trenches 750 are formed in the vertical protrusions of one or more openings in the trench mask 790, and the one or more trenches 750 pass through the body layer 720 and drift. It extends into the layer structure 730.

図12Aは、ドリフト層構造730と第2のpn接合pn2を形成し、及びソース層710と第3のpn接合pn3を形成する本体層720を備えた炭化ケイ素基板700を示す。トレンチ750は、本体層720を穿孔し、及びドリフト層構造730の上側部分内へと延在する。1つ又は複数のトレンチ750、及びトレンチ750間の、又は1つのトレンチ750の複数のセクション間の炭化ケイ素基板700のメサセクション796の形状及び寸法に関しては、前の図面を参照して記載されたトレンチ構造及びメサ部分の形状及び寸法を参照する。   FIG. 12A shows a silicon carbide substrate 700 with a body layer 720 that forms a drift layer structure 730 and a second pn junction pn2, and a source layer 710 and a third pn junction pn3. Trench 750 drills through body layer 720 and extends into the upper portion of drift layer structure 730. The shape and dimensions of the mesa section 796 of the silicon carbide substrate 700 between one or more trenches 750 and between the trenches 750 or between sections of one trench 750 have been described with reference to previous drawings. Reference is made to the shape and dimensions of the trench structure and mesa portion.

ドリフト層構造730の導電型とは反対の導電型のドーパントが、1つ又は複数のトレンチ750の下部を通して注入されてもよく、トレンチマスク790が、注入マスクとして使用されてもよい。   A dopant of a conductivity type opposite to that of the drift layer structure 730 may be implanted through the bottom of one or more trenches 750, and a trench mask 790 may be used as the implantation mask.

図12Bは、1つ又は複数のトレンチ750の垂直突起における注入によって形成された1つ又は複数のシールド領域140を示す。比較的深いシールド領域140が、比較的穏やかな加速エネルギーで形成されてもよい。炭化ケイ素から選択的に除去可能な補助材料792が堆積されてもよく、及び熱処理が注入損傷をアニールし、及び/又は注入されたドーパントを活性化することによって、炭化ケイ素基板700の結晶格子を修復してもよい。   FIG. 12B shows one or more shield regions 140 formed by implantation at the vertical protrusions of one or more trenches 750. A relatively deep shield region 140 may be formed with relatively moderate acceleration energy. Auxiliary material 792 that can be selectively removed from the silicon carbide may be deposited, and the thermal treatment anneals the implant damage and / or activates the implanted dopant, thereby forming the crystal lattice of the silicon carbide substrate 700. It may be repaired.

図12Cは、1つ若しくは複数のトレンチ750を部分的若しくは完全に充填してもよい、及び/又は1つ若しくは複数のトレンチ750を覆ってもよい補助材料792を示す。補助材料792は、熱処理中にメサセクション796を安定させることができる。補助材料792は、除去されてもよく、及び酸化雰囲気中での熱処理により、炭化ケイ素基板700の露出部分上に、犠牲酸化層794が形成されてもよい。   FIG. 12C shows an auxiliary material 792 that may partially or completely fill one or more trenches 750 and / or may cover one or more trenches 750. The auxiliary material 792 can stabilize the mesa section 796 during heat treatment. The auxiliary material 792 may be removed, and a sacrificial oxide layer 794 may be formed on the exposed portion of the silicon carbide substrate 700 by heat treatment in an oxidizing atmosphere.

図12Dは、1つ又は複数のトレンチ750を覆う犠牲酸化層794を示す。犠牲酸化層794は、除去することができる。犠牲酸化層794の形成及び除去は、1つ又は複数のトレンチ750の側壁からドーパント原子を除去することができる。代替的に、又は追加的に、犠牲酸化層は、注入に先立つ酸化及び/又は堆積によって形成されてもよく、犠牲酸化層は、注入のための浮遊酸化物として有効となり得る。   FIG. 12D shows a sacrificial oxide layer 794 that covers one or more trenches 750. The sacrificial oxide layer 794 can be removed. Formation and removal of the sacrificial oxide layer 794 can remove dopant atoms from the sidewalls of one or more trenches 750. Alternatively or additionally, the sacrificial oxide layer may be formed by oxidation and / or deposition prior to implantation, and the sacrificial oxide layer may be effective as a floating oxide for implantation.

誘電体スペーサ759は、例えば、均一な厚さのコンフォーマル層の堆積及び異方性エッチングによる堆積された層の水平部分の選択的除去を包含するスペーサプロセスによって、1つ又は複数のトレンチ750の側壁上に形成されてもよい。   The dielectric spacer 759 may be formed in one or more trenches 750 by a spacer process that includes, for example, deposition of a uniform thickness conformal layer and selective removal of the horizontal portion of the deposited layer by anisotropic etching. It may be formed on the side wall.

図12Eは、1つ又は複数のトレンチ750の側壁を覆い、且つ1つ又は複数のトレンチ750の下部は露出させたままの誘電体スペーサ759を示す。インタフェース層が、例えば、ニッケルアルミニウム(NiAl)のサリサイド化によって、1つ又は複数のトレンチ750の下部に形成されてもよい。さらなる導電材料が、堆積及びリセス加工され、トレンチ750の下部セクションにおいて、少なくとも補助電極157の埋込部分1571が形成されてもよい。リセス加工は、CMP(化学機械研磨)を包含してもよい。分離誘電体156は、補助電極157の材料の露出面上に選択的に形成されてもよい。例えば、補助電極157の形成は、高濃度にドープされた多結晶シリコンの堆積を包含し、及び分離誘電体156の形成は、多結晶シリコンに関する成長率が、単結晶炭化ケイ素に関する成長率よりも大幅に高い酸化プロセスを包含してもよい。分離誘電体156を形成する前後において、埋込部分1571は、誘電体スペーサ759の露出部分を除去するためのエッチマスクとして使用することによって、誘電体スペーサ759の下部部分から、埋込部分1571をドリフト層構造730から側方で分離するフィールド誘電体159が形成されてもよい。   FIG. 12E shows a dielectric spacer 759 that covers the sidewalls of the one or more trenches 750 and leaves the bottom of the one or more trenches 750 exposed. An interface layer may be formed under one or more trenches 750, for example, by salicidation of nickel aluminum (NiAl). Additional conductive material may be deposited and recessed to form at least a buried portion 1571 of the auxiliary electrode 157 in the lower section of the trench 750. The recess processing may include chemical mechanical polishing (CMP). The isolation dielectric 156 may be selectively formed on the exposed surface of the material of the auxiliary electrode 157. For example, the formation of the auxiliary electrode 157 includes the deposition of heavily doped polycrystalline silicon, and the formation of the isolation dielectric 156 indicates that the growth rate for polycrystalline silicon is greater than the growth rate for single crystal silicon carbide. A significantly higher oxidation process may be included. Before and after the formation of the isolation dielectric 156, the buried portion 1571 is used as an etch mask for removing the exposed portion of the dielectric spacer 759, thereby removing the buried portion 1571 from the lower portion of the dielectric spacer 759. A field dielectric 159 that laterally separates from the drift layer structure 730 may be formed.

図12Fは、分離誘電体156で覆われ、且つフィールド誘電体159によってドリフト層構造730から側方で分離される埋込部分1571を示す。   FIG. 12F shows a buried portion 1571 that is covered with an isolation dielectric 156 and laterally separated from the drift layer structure 730 by a field dielectric 159.

トレンチマスク790が除去されてもよく、例えば、酸化ケイ素を堆積し、堆積された酸化ケイ素を熱処理で高密度化し、及び窒素を堆積された層に導入することによって、ゲート誘電体層753が形成されてもよい。1つ又は複数のトレンチ750の上部セクションを充填するように、導電材料(例えば、高濃度にドープされた多結晶シリコン)が、堆積及びリセス加工されてもよい。リセス加工は、CMPを包含してもよい。   The trench mask 790 may be removed, for example, forming a gate dielectric layer 753 by depositing silicon oxide, densifying the deposited silicon oxide with a heat treatment, and introducing nitrogen into the deposited layer. May be. A conductive material (eg, highly doped polycrystalline silicon) may be deposited and recessed to fill the upper section of the one or more trenches 750. The recess processing may include CMP.

図12Gは、1つ又は複数のトレンチ750の上部セクションの高濃度にドープされた多結晶材料から形成されたゲート電極155を示す。中間層誘電体が、堆積され、及び炭化ケイ素基板700の処理面701を露出させるように部分的にリセス加工されてもよい。リセス加工は、CMPを包含してもよい。   FIG. 12G shows a gate electrode 155 formed from a heavily doped polycrystalline material in the upper section of one or more trenches 750. An interlayer dielectric may be deposited and partially recessed to expose the processing surface 701 of the silicon carbide substrate 700. The recess processing may include CMP.

本明細書において具体的な実施形態を図示及び記載したが、本発明の範囲から逸脱することなく、図示及び記載された具体的な実施形態の代わりに、様々な代替形態及び/又は均等な実施態様を代用することができることを当業者は理解するだろう。本出願は、本明細書で説明した具体的な実施形態のあらゆる改変形態又は変形形態を対象に含めるものとする。従って、本発明は、請求項及びその均等物によってのみ限定されるものとする。   While specific embodiments have been illustrated and described herein, various alternatives and / or equivalent implementations may be substituted for the specific embodiments illustrated and described without departing from the scope of the invention. One skilled in the art will appreciate that the embodiments can be substituted. This application is intended to cover any modifications or variations of the specific embodiments described herein. Therefore, it is intended that this invention be limited only by the claims and the equivalents thereof.

100 半導体本体
101 第1の面
110 ソースゾーン
120 本体領域
128 接触部分
130 ドリフト構造
131 低濃度にドープされたドリフトゾーン
132 電流拡散ゾーン
140 シールド領域
150 トレンチ構造
151 第1のセグメント
152 第2のセグメント
155 ゲート電極
156 分離誘電体
157 補助電極
158 ゲート導体構造
159 フィールド誘電体
161、162 ストライプ部分
190 メサ部分
310 第1の負荷電極
500 半導体デバイス
700 炭化ケイ素基板
701 処理面
720 本体層
730 ドリフト層構造
750 トレンチ
759 誘電体スペーサ
792 補助材料
1501 第1のトレンチ構造
1502 第2のトレンチ構造
1571 埋込部分
1572 接続部分
1575 インタフェース層
1581 第1の接続部分
1582 第2の接続部分
1583 第3の接続部分
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Semiconductor body 101 1st surface 110 Source zone 120 Body region 128 Contact part 130 Drift structure 131 Lightly doped drift zone 132 Current diffusion zone 140 Shield region 150 Trench structure 151 First segment 152 Second segment 155 Gate electrode 156 Isolation dielectric 157 Auxiliary electrode 158 Gate conductor structure 159 Field dielectric 161, 162 Striped portion 190 Mesa portion 310 First load electrode 500 Semiconductor device 700 Silicon carbide substrate 701 Processing surface 720 Body layer 730 Drift layer structure 750 Trench 759 Dielectric spacer 792 Auxiliary material 1501 First trench structure 1502 Second trench structure 1571 Buried portion 1572 Connection portion 1575 Interface 1581 The first connecting portion 1582 second connecting portions 1583 third connection portion

Claims (23)

第1の面から炭化ケイ素半導体本体内に延在するトレンチ構造であって、前記トレンチ構造の下部の補助電極と、前記補助電極と前記第1の面との間に配置されたゲート電極とを含むトレンチ構造と、
前記トレンチ構造の前記下部の前記補助電極に隣接し、ドリフト構造と第1のpn接合を形成するシールド領域と、
を含み、前記補助電極が、前記シールド領域と低オーミック接触する、半導体デバイス。
A trench structure extending from a first surface into the silicon carbide semiconductor body, the auxiliary electrode under the trench structure; and a gate electrode disposed between the auxiliary electrode and the first surface. Including a trench structure;
A shield region adjacent to the auxiliary electrode in the lower portion of the trench structure and forming a drift structure and a first pn junction;
Only containing the auxiliary electrode, to a low ohmic contact with the shield region, the semiconductor device.
前記補助電極が、前記第1の面から前記トレンチ構造の前記下部まで延在する接続部分を含む、請求項に記載の半導体デバイス。 It said auxiliary electrode comprises a connection portion to the extending to the bottom of the trench structure from the first surface, the semiconductor device according to claim 1. 前記ゲート電極を含む前記トレンチ構造の第1のセグメントが、前記トレンチ構造の水平長手方向に沿って前記接続部分を含む第2のセグメントと交互に存在し、前記水平長手方向が、前記第1の面と平行である、請求項に記載の半導体デバイス。 The first segment of the trench structure including the gate electrode is alternately present with the second segment including the connection portion along the horizontal longitudinal direction of the trench structure, and the horizontal longitudinal direction is the first segment. The semiconductor device of claim 2 , wherein the semiconductor device is parallel to the plane. 第1の負荷電極と前記第1の面との間にゲート導体構造をさらに含み、前記ゲート導体構造が、前記トレンチ構造内の前記ゲート電極の分離した部分を接続する、請求項1〜の何れか一項に記載の半導体デバイス。 First further comprising a load electrode gate conductor structure between the first surface, said gate conductor structure connects the separate parts of the gate electrode of the trench structure of claim 1-3 The semiconductor device according to any one of the above. 前記ゲート導体構造が、前記ゲート電極に直接隣接する第1の接続部分と、前記トレンチ構造の隣り合うトレンチ構造間の前記炭化ケイ素半導体本体のメサ部分の上の第2の接続部分と、前記第1及び第2の接続部分の隣り合う接続部分を横方向に接続する第3の接続部分とを含む、請求項に記載の半導体デバイス。 The gate conductor structure includes a first connection portion directly adjacent to the gate electrode; a second connection portion on a mesa portion of the silicon carbide semiconductor body between adjacent trench structures of the trench structure; 5. The semiconductor device according to claim 4 , further comprising a third connection portion that laterally connects adjacent connection portions of the first and second connection portions. 前記トレンチ構造がグリッドを形成する、請求項1〜の何れか一項に記載の半導体デバイス。 The trench structure to form a grid, the semiconductor device according to any one of claims 1-3. 前記トレンチ構造のストライプ部分間に形成されたメサ部分の水平断面が、矩形、ひし形、及び六角形の内の1つである、請求項に記載の半導体デバイス。 The semiconductor device according to claim 6 , wherein a horizontal cross section of a mesa portion formed between stripe portions of the trench structure is one of a rectangle, a rhombus, and a hexagon. 前記シールド領域が、前記トレンチ構造の前記下部の前記補助電極の下に配置される、請求項1〜の何れか一項に記載の半導体デバイス。 The shield region, the disposed under the auxiliary electrode of the bottom of the trench structure, a semiconductor device according to any one of claims 1-7. 前記トレンチ構造が、前記ゲート電極及び前記補助電極を分離する分離誘電体を含む、請求項1〜の何れか一項に記載の半導体デバイス。 The trench structure comprises a separated dielectric separating said gate electrode and the auxiliary electrode, the semiconductor device according to any one of claims 1-8. 前記ドリフト構造と第2のpn接合を形成し、及び前記第1の面と本体領域との間に形成されたソースゾーンと第3のpn接合を形成する本体領域をさらに含む、請求項1〜の何れか一項に記載の半導体デバイス。 Wherein forming a drift structure and the second pn junction, and further comprising a source zone and the body region that form a third pn junction formed between the first surface and the body region, wherein Item 10. The semiconductor device according to any one of Items 1 to 9 . 前記ソースゾーン及び前記本体領域が、前記第1の面に直接隣接する、請求項10に記載の半導体デバイス。 The semiconductor device of claim 10 , wherein the source zone and the body region are directly adjacent to the first surface. 前記第1の面に沿って、前記ソースゾーンが、前記本体領域の接触部分を水平に取り囲む、請求項10又は11に記載の半導体デバイス。 The semiconductor device according to claim 10 or 11 , wherein the source zone horizontally surrounds a contact portion of the body region along the first surface. 前記ドリフト構造が、低濃度にドープされたドリフトゾーン、及び前記本体領域と前記ドリフトゾーンとの間の電流拡散ゾーンを含み、前記電流拡散ゾーンが、横方向に前記シールド領域と隣接し、及び前記シールド領域が、前記ドリフトゾーンに隣接する、請求項1012の何れか一項に記載の半導体デバイス。 The drift structure, Dorifutozo down lightly doped, and includes a current spreading zone between the body region and the drift zone, the current spreading zone, adjacent to the shield regions in the horizontal direction and the shield region, adjacent to the drift zone semiconductor device according to any one of claims 10-12. 前記補助電極が、前記シールド領域に隣接する金属インタフェース層を含む、請求項1〜13の何れか一項に記載の半導体デバイス。 It said auxiliary electrode comprises a metal interface layer adjacent to the shield region, the semiconductor device according to any one of claims 1 to 13. 第1の面から炭化ケイ素半導体本体内に延在し、並びに、それぞれトレンチ構造の第1の側壁から反対側の第2の側壁へと延在する第1及び第2のセグメントを含む、前記トレンチ構造と、
前記第1のセグメント内に形成され、及び前記トレンチ構造の下部において前記炭化ケイ素半導体本体から誘電的に絶縁されたゲート電極と、
前記第2のセグメントに形成された補助電極と、
前記トレンチ構造の前記下部の前記補助電極と隣接し、及び前記炭化ケイ素半導体本体のドリフト構造と第1のpn接合を形成するシールド領域と、
前記補助電極及び前記ドリフト構造を分離するフィールド誘電体と、
を含み、前記補助電極が、前記シールド領域と低オーミック接触する、半導体デバイス。
The trench comprising first and second segments extending from a first surface into a silicon carbide semiconductor body and extending from a first sidewall of the trench structure to an opposite second sidewall, respectively. Structure and
A gate electrode formed in the first segment and dielectrically insulated from the silicon carbide semiconductor body at the bottom of the trench structure;
An auxiliary electrode formed in the second segment;
A shield region adjacent to the lower auxiliary electrode of the trench structure and forming a first pn junction with the drift structure of the silicon carbide semiconductor body;
A field dielectric separating the auxiliary electrode and the drift structure;
Only containing the auxiliary electrode, to a low ohmic contact with the shield region, the semiconductor device.
前記第1のセグメントが、第1のトレンチ構造に形成され、及び前記第2のセグメントが、第2のトレンチ構造に形成される、請求項15に記載の半導体デバイス。 The semiconductor device of claim 15 , wherein the first segment is formed in a first trench structure and the second segment is formed in a second trench structure. 前記第1のセグメント及び前記第2のセグメントが、前記トレンチ構造の水平長手方向に沿って交互に存在し、前記水平長手方向が、前記第1の面と平行である、請求項16に記載の半導体デバイス。 Said first segment and said second segment are present alternately along the horizontal longitudinal direction of the trench structure, the horizontal longitudinal direction is parallel to the first surface, according to claim 16 Semiconductor device. 前記ドリフト構造と第2のpn接合を形成し、及びソースゾーンと第3のpn接合を形成する本体領域をさらに含み、前記ソースゾーンが、前記第1の面と前記本体領域との間に形成される、請求項1517の何れか一項に記載の半導体デバイス。 A body region that forms a second pn junction with the drift structure and a third pn junction with the source zone, wherein the source zone is formed between the first surface and the body region; is the semiconductor device according to any one of claims 15-17. 前記ドリフト構造が、低濃度にドープされたドリフトゾーン、及び前記本体領域と前記ドリフトゾーンとの間の電流拡散ゾーンを含み、前記電流拡散ゾーンが、横方向に前記シールド領域に隣接し、及び前記シールド領域が、前記ドープされたドリフトゾーンに直接隣接する、請求項18に記載の半導体デバイス。 The drift structure comprises a current diffusion zone between the lightly doped drift zone, and between the body region and the drift zone, the current spreading zone, laterally adjacent to the shield region, and The semiconductor device of claim 18 , wherein the shield region is immediately adjacent to the doped drift zone. 炭化ケイ素デバイスの製造方法であって、
ドリフト層構造と第2のpn接合を形成する本体層を含む炭化ケイ素基板の処理面にトレンチを形成するステップであって、前記本体層は、前記処理面と前記ドリフト層構造との間に存在し、及び前記トレンチが、前記ドリフト層構造を露出させることと、
前記トレンチの下部を通してドーパントを注入することによって、前記ドリフト層構造と第1のpn接合を形成するシールド領域を形成することと、
前記トレンチの側壁上に誘電体スペーサを形成することと、
前記トレンチの下部セクションに補助電極の埋込部分を形成することであって、前記埋込部分が、前記シールド領域と低オーミック接触する、埋込部分を形成することと、
を含む方法。
A method for manufacturing a silicon carbide device, comprising:
Forming a trench in a processing surface of a silicon carbide substrate including a drift layer structure and a body layer forming a second pn junction, wherein the body layer exists between the processing surface and the drift layer structure And the trenches expose the drift layer structure;
Forming a shield region that forms a first pn junction with the drift layer structure by implanting a dopant through a lower portion of the trench;
Forming a dielectric spacer on a sidewall of the trench;
Forming a buried portion of an auxiliary electrode in a lower section of the trench, the buried portion forming a buried portion in low ohmic contact with the shield region;
Including methods.
前記埋込部分を形成することが、高濃度にドープされた多結晶シリコンを堆積することを含む、請求項20に記載の方法。 21. The method of claim 20 , wherein forming the buried portion comprises depositing heavily doped polycrystalline silicon. 選択的な酸化物成長によって、前記埋込部分の露出面上に分離誘電体を形成することをさらに含む、請求項21に記載の方法。 The method of claim 21 , further comprising forming an isolation dielectric on the exposed surface of the buried portion by selective oxide growth. 前記トレンチを補助材料で充填し、及び/又は覆い、並びに、前記トレンチの前記下部を通して注入された前記ドーパントを活性化するため、及び/又は注入損傷をアニールするために前記炭化ケイ素基板を加熱することをさらに含む、請求項20〜22の何れか一項に記載の方法。 Filling and / or covering the trench with auxiliary material and heating the silicon carbide substrate to activate the dopant implanted through the lower portion of the trench and / or to anneal implantation damage The method according to any one of claims 20 to 22 , further comprising:
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